CULCyT//Mayo-Agosto, 2015 40 Año 12, No 56, Especial No 1
Culcyt / / Metrología
Prototipo de máquina de medición por coordenadas (interface con usuario)
Manuel Romero1, Javier Molina1, Noé Alba Baena1, Maribel Gómez 1, Lidia Hortencia Rascón Madrigal1, Oscar Ruiz Chávez1
1Universidad 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
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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.
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
User
MMC
Sistemas:
Mecanico Medicion Computo
Interface Hunmana
Programa
Objeto bajo medicion Base datos
Calculo de coordenada medicion
geometrica basica
Electronica control
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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.
Figura 2: Etapas principales en el desarrollo de la interface de usuario
Figura 3: Etapas de calibración
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
Analizar el problema
Situacion actual
Requerimientos especificos
Ichikawa / mapa mental
Seleccion de partes e Integracion
Definir motor, control o driver interfaces de
video y digital
Definir Interface del usuario o menu
de control
Definir algoritmos para las diferentes
geometrias
Desarrollo Interface y medicion
Desarollar codigo para medicion de coordenadas
Calculo de mediciones geometricas (algoritmos)
Comprobacion y validacion de
mediciones
Plantear solucion Construir prototipo Validacion estadistica
Medicion Sistema de Medicion por Coordenadas en dos dimensiones
Desarrollo codigo para Menu de
Calibracion
Definicion Velocidad y tamano de paso
Codigo para resolucion de
escala Calculo de
medicion de coordenada
Codigo para movimiento de ejes
(motores)
Etapa de Calibracion
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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.
Figura 5: Distribución normal para datos en X
0.003 0.002
0.001 0.000
-0.001 -0.002
-0.003
99
95 90 80 70 60 50 40 30 20
10 5
1
Error arrojado en X
Porcentaje
Media 0.00008 Desv.Est. 0.001086
N 30
RJ 0.967
Valor P 0.074
Gráfica de probabilidad de Error arrojado en X Normal
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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
0.003 0.002
0.001 0.000
-0.001 -0.002
-0.003
99
95 90 80 70 60 50 40 30 20
10 5
1
Error de y=1in
Porcentaje
Media 0.00004667 Desv.Est. 0.001318
N 30
RJ 0.989
Valor P >0.100
Gráfica de probabilidad de Error de y=1in Normal
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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
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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 de Geometrías Básica
Movimiento ortogonal automatizado
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.
Mejorar control de velocidad del paso.
Eje Y P. Propuesto Eje Y P. Actual
0.075
0.050
0.025
0.000
-0.025
-0.050
Datos
Gráfica de caja de Eje Y P. Actual, Eje Y P. Propuesto
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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:
https://www.cenam.mx/publicaciones/gratuitas/desca rga/memorias%20simposio/documentos/ta-or027.pdf.
Consulta: 11-02-2014
Cimatech. (s.f.). Medición de Coordenadas (CMM): Validación y medición en CIMATRON. En:
http://www.cimatech.com/web/cimanews/Abril2013/
CMM.htm?1. Consulta: 10-30-2014
Dhanish, P. B., & Mathew, J. (2006). Effect of CMM point coordinate uncertainty on uncertainties in determination of circular features.
Measurement, 39(6), 522-531.
Rodrigo, J., Puertas, I., y Luis, C. J. (2012).
Estudio acerca de la tipología de las máquinas medidoras por coordenadas (MMC). Inerempresas
net. En:
http://www.interempresas.net/Medicion/Articulos/10 2185-Estudio-acerca-de-la-tipologia-de-las-
maquinas-medidoras-por-coordenadas-(MMC).html.
Consulta: 11-01-2014.
