Reconocimiento de características geométricas

Las técnicas de reconocimiento de características geométricas son un proceso de reinterpretación de un modelo CAD para identificar las actividades de fabricación hasta llegar a generar el código CNC (Verma y Rajotia, 2010; Hayasi y Asiabanpour, 2009; Başak y Gülesin, 2004). Estas técnicas se agrupan en cuatro grandes grupos:

coincidencia de patrones en grafos, descomposición en volúmenes, razonamiento basado en pistas y modelos híbridos (Marchetta y Forradellas, 2010; Gutiérrez Rubert, 2007).

a) La técnica de coincidencia de patrones en grafos consiste en buscar patrones de características en modelos CAD construidos por medio de BReps (modelos de fronteras) (Han et al., 2000). En primer lugar se transformará el modelo CAD en un grafo donde las caras están representada como nodos y las aristas, entre las diferentes caras, están representadas por arcos. Una vez construido el grafo del modelo CAD,

Design

CAD

Geometric modeling

Design analysis

Feature recognition

CAM

Tool & fixture design

NC programming

CAPP

Production

características geométricas también expresadas con un grafo (Verma y Rajotia, 2010; Han et al., 2000). A modo de ejemplo en la Figura 18(a) se ha representado una ranura y al lado su representación a través de un grafo. Los algoritmos que desarrollan esta técnica se enfrentan a un problema de isomorfismo de los subgrafos, clasificado como NP- completo, haciéndolo de complejidad computacional alta. Sin embargo, las plantillas de características geométricas son de un número reducido de nodos (véase los ejemplos de la Figura 19), de forma que el problema a resolver se convierte en un problema polinominal y por lo tanto tratable desde el punto de vista computacional (Han et al., 2000).

La técnica de coincidencia de patrones en grafos es capaz de localizar características geométricas aisladas, como ejemplo en la Figura 18(a).

Pero en cuanto una característica geométrica es alterada o combinada con otra, esta técnica no detectará la combinación como una entidad sino que interpretará cada sección resultante por separado.

Prosiguiendo el ejemplo, si se altera la ranura Figura 18(a) con una ranura perpendicular Figura 18(b) el grafo resultante ya no tiene tres nodos, tal y como se define una la ranura en Figura 19, sino que tiene cuatro. Al tener cuatro nodos dentro del grafo resultante, esta técnica identifica dos ranuras Figura 18(c) en vez de una sola. Además también puede suceder que las características identificadas a través de esta técnica tengan algún problema de accesibilidad a la hora de ser fabricadas por los procesos de fabricación (ej. Figura 20).

Figura 18 – Limitaciones del método basado en grafos, fuente: (Marchetta y Forradellas, 2010).

Figura 19 – Sub-grafos de diversas características geométricas fuente: (Senthil kumar et al., 1996).

Figura 20 – Ranura identificada pero no válida para su fabricación, fuente: (Han, 1996).

b) La técnica de descomposición en volúmenes consiste en reducir el modelo geométrico en un conjunto de pequeños volúmenes (llamados volúmenes delta) y manipularlos con el fin de identificar las características geométricas (Verma y Rajotia, 2010). Para la descomposición en volúmenes delta existen dos aproximaciones:

descomposición mediante envolventes convexas y descomposición basada en celdas.

 La descomposición mediante envolventes convexas se basa en descomponer la pieza en poliedros convexos mediante operaciones booleanas (suma y sustracción). En la Figura 21 se muestra el árbol de operaciones para obtener la pieza P0.

Aunque esta técnica de descomposición es interesante, desde el punto de vista de geometría computacional, conlleva dos principales inconvenientes. Uno es la limitación de trabajar exclusivamente con piezas formadas por caras planas, pues así lo requieren los algoritmos previos desarrollados para obtener el envolvente convexo mínimo que rodea a un sólido. Y la otra limitación proviene de la detección de volúmenes no equivalentes a operaciones de mecanizado válidas. En la Figura 22(a) se muestra el resultado de una descomposición no

muestra una que sí que lo es (Gutiérrez Rubert, 2007; Han et al., 2000).

Figura 21 – Ejemplo de descomposición en envueltas exteriores convexas, fuente: (Gutiérrez Rubert, 2007).

Figura 22 – (a) resultado calculado por descomposición mediante envolventes convexas (b) forma de fabricación, fuente: (Han, 1996).

 La descomposición basada en celdas se fundamenta en la descomposición del modelo en celdas que se irán uniendo en volúmenes y a su vez estos volúmenes serán clasificados en características geométricas. La Figura 23 muestra la pieza de

partida (a), su correspondiente descomposición en celdas (b) y el conjunto de características detectadas (c).

Figura 23 – Comportamiento del método Cell Decomposition, fuente: (Han, 1996).

Esta técnica permite diferentes asociaciones de celdas, dando lugar a múltiples soluciones. Esta característica de asociación múltiple permite tratar el efecto de interacción entre características geométricas. No obstante en este enfoque aparecen algunas dificultades tanto en la fase de descomposición como en la de composición (Verma y Rajotia, 2010; Han et al., 2000). En cuanto a la fase de descomposición, se puede generar un gran volumen de celdas para poder tratar áreas localizadas. Mientras que la complejidad de la fase de composición suele ser exponencial y por lo tanto será necesario la incorporación de métodos heurísticos para descartar composiciones de celdas que no llegarán a solución (Gutiérrez Rubert, 2007).

c) La técnica de razonamiento basado en pistas busca en los modelos CAD alguna pista, ya sea en superficie, eje, relación de vecindad, disposición entre superficies, etc. que lleve a pensar que se está ante una característica geométrica. Con lo que es más flexible que los métodos basados en búsqueda por coincidencias con patrones, donde pequeñas diferencias impiden el reconocimiento. Un ejemplo de pista podría ser encontrar una superficie cilíndrica cerrada, la cual podría indicar la presencia de un posible agujero. Este rastro proporciona un indicio fiable de la existencia potencial de una característica geométrica, incluso cuando las características se cruzan. Otro ejemplo (Figura 24), sería encontrar un par de caras opuestas en paralelo, lo cual sugiere la presencia de una ranura. El principal problema es definir los rastros que lleven a detectar todos los posibles casos y a discernir entre ellos (Gutiérrez Rubert, 2007; Han, 1996).

Figura 24 – Comportamiento del método hint-based, fuente: (Han, 1996).

d) En último lugar, las técnicas híbridas son un conglomerado de técnicas que combinan las técnicas anteriores para solventar los inconvenientes mencionados. En Marchetta se citan diversos ejemplos (Marchetta y Forradellas, 2010).