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Configuración de laboratorio que demuestra el principio de medición 3D MWIR. Crédito: Fraunhofer IOF
Capturar objetos transparentes en tres dimensiones es un gran desafío. Investigadores del Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión IOF han desarrollado un sensor que puede resolver este problema. El sistema ahora ha sido probado con éxito por primera vez con un robot. Podrían ser posibles aplicaciones en procesos de fabricación industrial a gran escala, como la industria automotriz o de semiconductores. El sensor se presentará en Hannover Messe Preview el 16 de marzo y en las ferias comerciales alemanas Control del 3 al 6 de mayo, así como en Hannover Messe del 30 de mayo al 2 de junio de 2022.
Los objetos transparentes tienen sus inconvenientes: no sin razón tenemos pegatinas de siluetas de pájaros en grandes ventanas de vidrio para proteger a sus congéneres de la vida real de colisionar con la barrera transparente. Así como estos animales tienen dificultades para reconocer superficies transparentes, los robots también tienen capacidades limitadas: no pueden «ver» vidrio u otras superficies llamadas «no cooperativas», es decir, superficies que son de metal brillante, extremadamente reflectantes o de color negro azabache. Especialmente en un entorno industrial, esto ha impedido el uso de robots en el pasado. Muchos proyectos de automatización se estancan porque las superficies que no cooperan solo se pueden detectar con demasiada lentitud o con demasiada imprecisión en la medición 3D.
El sensor termográfico 3D hace que los objetos transparentes sean visibles para los robots por primera vez
Una nueva técnica de medición 3D, desarrollada por investigadores de Fraunhofer IOF el año pasado, resuelve este problema: el «Sensor 3D MWIR», también llamado «Glass360Dgree», puede detectar objetos con superficies reflectantes o absorbentes de luz de manera espacial y confiable por primera vez. Para ello, el sistema combina la proyección láser infrarroja y la termografía: después de calentar localmente el objeto a medir, dos cámaras termográficas determinan la distribución de temperatura resultante en la superficie del objeto. A diferencia de los sensores utilizados convencionalmente, el sistema recientemente desarrollado no requiere ayudas de medición adicionales ni marcas especiales aplicadas temporalmente, por ejemplo, en forma de pintura (en aerosol).
Alta velocidad de medición para aplicaciones en procesos industriales a gran escala
Los procesos de producción a menudo se tratan de velocidad combinada con alta calidad. Esto significa: cuantos más pasos de trabajo puede realizar un sistema por minuto sin producir productos defectuosos, más rentable es la producción. Los investigadores de Fraunhofer IOF han tomado esta autoimagen de la industria como una oportunidad para adaptar «Glass360Dgree» a varios escenarios de producción. En los últimos meses, los investigadores de Jena lograron aumentar la velocidad de medición en consecuencia y optimizar los parámetros del campo de medición.
El sistema funciona con radiación térmica para la detección 3D de objetos transparentes. Crédito: Fraunhofer-Gesellschaft
«Nuestro grupo de investigación ha estado cooperando durante años con empresas de una amplia gama de campos de producción», explica el Dr. Stefan Heist, jefe del grupo de investigación «Sensores 3D» en Fraunhofer IOF. “Entre ellos se encuentran empresas de fabricación de semiconductores, la industria automotriz y la aviación. Analizamos proyectos conjuntos del pasado y analizamos cómo nuestro sensor de vidrio 3D podría lograr mejores resultados que los sensores convencionales en varios escenarios de aplicación”, explica el investigador, que ha sido trabajando vigorosamente en nuevos métodos para la medición 3D durante años. «Pudimos identificar tres puntos de partida clave para preparar nuestro sistema para su uso potencial en una instalación de fabricación industrial a gran escala».
El equipo encontró el equilibrio ideal entre el nivel de detalle necesario en la resolución y la duración de una medición. También investigaron varias opciones para la configuración óptica de su sensor 3D con el fin de adaptar de forma variable el campo de medición a la tarea en cuestión y al espacio disponible dentro de una planta de fabricación. Además, el equipo dirigido por el Dr. Stefan Heist y Martin Landmann, también investigador de Fraunhofer IOF, trabajó en estrecha colaboración con investigadores de la Universidad Tecnológica de Ilmenau para optimizar el procesamiento de datos de su sistema de medición. El equipo de Ilmenau logró derivar eficientemente el control activo de un robot y sus respectivas herramientas a partir de los datos de medición obtenidos.
Una nueva dimensión en flexibilidad y diversidad
Con su gran flexibilidad y versatilidad sin precedentes en las propiedades de los objetos a escanear, «Glass360Dgree» abre posibilidades completamente nuevas en la automatización de procesos industriales así como en el diseño de productos.
El sensor termográfico 3D utiliza radiación térmica e imágenes para la detección 3D. CO de alta energía2 láser y una configuración óptica móvil con lentes especiales proyectan una línea que se mueve en varios pasos sobre el objeto medido en fracciones de segundo. A lo largo de la medición, el objeto absorbe la energía de la luz láser y la emite claramente visible para las dos cámaras termográficas de alta sensibilidad.
Un software especial desarrollado en Fraunhofer IOF analiza las imágenes de la firma de calor dejada por la estrecha línea infrarroja en el objeto durante un breve período de tiempo. El software utiliza los dos ángulos de visión diferentes y la deformación resultante en el patrón de franjas registrado para reconstruir las coordenadas espaciales. Luego fusiona los datos en las dimensiones exactas del objeto medido. La energía térmica introducida para el análisis 3D es tan baja que el objeto no se daña: la diferencia de temperatura entre las superficies calentadas y no calentadas suele ser inferior a 3 °C.
Glass360Dgree será presentado por Fraunhofer IOF a un público especializado interesado en automatización y metrología en la Hannover Messe alemana en el stand conjunto de Fraunhofer en el Hall 5, Stand A06 del 30 de mayo al 2 de junio de 2022, y en Control, la feria internacional de aseguramiento de la calidad, del 3 al 6 de mayo de 2022.
Citación: Sensor para capturar objetos transparentes en tres dimensiones (2022, 16 de marzo) recuperado el 19 de marzo de 2022 de https://techxplore.com/news/2022-03-sensor-capturing-transparent-dimensions.html
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