Prototipo de máquina de medición por coordenadas (interface con usuario)

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1 Culcyt/ /Metrología Prototipo de máquina de medición por coordenadas (interface con usuario) Manuel Romero 1, Javier Molina 1, Noé Alba Baena 1, Maribel Gómez 1, Lidia Hortencia Rascón Madrigal 1, Oscar Ruiz Chávez 1 1 Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. Resumen El presente trabajo muestra el desarrollo y resultados de un sistema de medición por coordenadas en dos dimensiones (prototipo MMC). Se definen los requerimientos básicos necesarios que debe incluir el sistema prototipo partiendo de una referencia conceptual realizada por alumnos del instituto. Para este prototipo actual se realizan las pruebas estadísticas y se hace una evaluación general del sistema como referencia y comparación para el nuevo sistema a desarrollar. Se analiza y definen los componentes que integraran la nueva máquina, el cual se compone por cuatro componentes básicos que complementan el sistema; incluyendo el sistema mecánico, sistema medidor, electrónica de control y el sistema de computación. La integración consiste en un sistema automatizado de motores de pasos de alta resolución (1.8ᵒ que equivalen a 200 pasos / vuelta) suficiente para la aplicación requerida, y se mantiene un control de la velocidad por medio de un controlador o driver de 3A y operación nominal de voltaje de 10-35V, para el sistema de visión se seleccionó una cámara a color de resolución media con interface a tarjeta de video del tipo video compuesto. Para la distribución de video se adapta un amplificador de RF de ganancia media, conectando sus salidas a la televisión, que servirá para realizar las mediciones, y al monitor mediante la interface. Este último ayudará para realizar los ajustes o calibraciones requeridas. Para la medición de coordenadas, se desarrolla una interface para el usuario que consiste en herramientas de ajuste y calibración e interface para controlar la velocidad de paso y selección de coordenadas (en X y en Y). También se presenta un Menú para la selección de Geometrías básicas de mediciones disponibles. Se define una metodología a seguir en el proceso de desarrollo del código que permitirá realizar algoritmos de cálculo de dimensión de geometrías, generar el control automatizado de motores e interface con el usuario. Finalmente se presenta un análisis estadístico que muestra la mejora en variación y funcional contra el equipo original. Se realiza un resumen de logros y se hacen algunas sugerencias. Palabras Clave: Medición por coordenadas, Prototipo MMC, Sistema de medición, Geometrías básicas Introducción Las Máquinas de Medición por Coordenadas (MMC) son instrumentos que sirven para realizar mediciones dimensionales y de desviaciones de la regularidad geométrica de objetos con forma simple o compleja (Cimatech, s.f.). Las hay de distintas CULCyT//Mayo-Agosto, Año 12, No 56, Especial No 1

2 dimensiones, tipos, materiales y exactitudes de medición y para aplicación en laboratorios de metrología, laboratorios industriales y en las líneas de producción. Se han convertido en una solución flexible para las necesidades de medición. Con el uso creciente de la Geometría de las dimensiones y tolerancias, estas máquinas han llegado a ser el motor de arranque de la metrología dimensional (Rodrigo, Puertas, y Luis, 2012). Una medición siempre tendrá cierto grado de incertidumbre asociado en sus mediciones (Dhanish, & Mathew, 2006), y esto es ocasionado por un largo número de factores que pueden ser convenientemente agrupados en errores de maquinado, errores de la misma forma de la parte bajo medición, estrategia de muestreo, selección del algoritmo e implementación. Métodos Se Desarrollará un modelo prototipo de máquina de medición por coordenadas en dos dimensiones que permita realizar mediciones geométricas básicas utilizando un sistema automatizado y de visión controlado por computadora. En la figura 1 se muestra el concepto de la Interface a desarrollar para realizar las mediciones geométricas. Base datos Programa Electronica control User Interface Hunmana MMC Sistemas: Mecanico Medicion Computo Objeto bajo medicion medicion geometrica basica Calculo de coordenada Figura 1: Diagrama de funciones Para el desarrollo de la Interface de usuario, se definió las etapas a seguir para lograr la medición, desde el análisis del problema partiendo de la situación actual, definición CULCyT//Mayo-Agosto, Año 12, No 56, Especial No 1

3 de equipo y partes, desarrollo de algoritmos y cálculos de dimensiones geométricas, hasta la validación estadística y medición, véase la Figura 2. Las etapas de calibración se muestran en la Figura 3. Analizar el problema Seleccion de partes e Integracion Desarrollo Interface y medicion Situacion actual Definir motor, control o driver interfaces de video y digital Desarollar codigo para medicion de coordenadas Requerimientos especificos Definir Interface del usuario o menu de control Calculo de mediciones geometricas (algoritmos) Ichikawa / mapa mental Definir algoritmos para las diferentes geometrias Comprobacion y validacion de mediciones Plantear solucion Construir prototipo Validacion estadistica Medicion Figura 2: Etapas principales en el desarrollo de la interface de usuario Desarrollo codigo para Menu de Calibracion Definicion Velocidad y tamano de paso Codigo para movimiento de ejes (motores) Calculo de medicion de coordenada Figura 3: Etapas de calibración Codigo para resolucion de escala Resultados Se logra construir una máquina que puede realizar cálculos dimensionales de geometrías básicas como lo es el punto, línea, distancia, circulo, ángulo entre líneas. Ver figura 4 CULCyT//Mayo-Agosto, Año 12, No 56, Especial No 1

4 Porcentaje Figura 4: Integración de máquina de medición por coordenadas en dos dimensiones Se realiza un estudio estadístico para determinar si las mediciones arrojadas por el equipo cumplen con una distribución normal, obteniéndose los siguientes resultados mostrados en las Figuras 5 y 6. Gráfica de probabilidad de Error arrojado en X Normal Media Desv.Est N 30 RJ Valor P Error arrojado en X Figura 5: Distribución normal para datos en X CULCyT//Mayo-Agosto, Año 12, No 56, Especial No 1

5 Porcentaje Gráfica de probabilidad de Error de y=1in Normal Media Desv.Est N 30 RJ Valor P > Error de y=1in Figura 5: Distribución normal para datos en Y También se realiza un estudio MSA para comprobar la variación sea mínima, obteniéndose los siguientes resultados, mostrados en las Figuras 6 y 7. Figura 6: Resultado para eje X CULCyT//Mayo-Agosto, Año 12, No 56, Especial No 1

6 Figura 7: Resultado para eje Y Comparando la variación contra el equipo actual se obtuvieron los resultados mostrados en las Figuras 8 y 9. Figura 8: prueba de Hipótesis de dos muestras para eje X CULCyT//Mayo-Agosto, Año 12, No 56, Especial No 1

7 Datos Gráfica de caja de Eje Y P. Actual, Eje Y P. Propuesto Eje Y P. Actual Eje Y P. Propuesto Figura 9: prueba de Hipótesis de dos muestras para eje Y Conclusiones Para la prueba de dos muestras en ambos ejes (X,Y) se concluye que existe suficiente evidencia para rechazar la hipótesis nula, la cual se planteó de la siguiente manera: H 0 : σ Maquina Actual = σ Maquina Nueva H 1 : σ Maquina Actual > σ Maquina Nueva Por lo tanto la variación en los ejes (X,Y) del prototipo actual es mayor que la variación en el equipo nuevo. Logros: Medición a distancia con Sistema de visión Generación de reporte de mediciones Integración de Sistema Mecánico y de Medición Recomendaciones: Agregar cámara de mayor resolución Agregar opción de resolución de pasos. Medición de Geometrías Básica Mejorar control de velocidad del paso. Movimiento ortogonal automatizado CULCyT//Mayo-Agosto, Año 12, No 56, Especial No 1

8 Referencias Arizmendi E., Navarrete G., Galván C. (2001). Alternativas para solucionar problemas de medición en máquinas de medición por coordenadas, Simposio de Metrología CENAM, Querétaro, México. En: rga/memorias%20simposio/documentos/ta-or027.pdf. Consulta: Cimatech. (s.f.). Medición de Coordenadas (CMM): Validación y medición en CIMATRON. En: CMM.htm?1. Consulta: Dhanish, P. B., & Mathew, J. (2006). Effect of CMM point coordinate uncertainty on uncertainties in determination of circular features. Measurement, 39(6), Rodrigo, J., Puertas, I., y Luis, C. J. (2012). Estudio acerca de la tipología de las máquinas medidoras por coordenadas (MMC). Inerempresas net. En: Estudio-acerca-de-la-tipologia-de-lasmaquinas-medidoras-por-coordenadas-(MMC).html. Consulta: CULCyT//Mayo-Agosto, Año 12, No 56, Especial No 1