Desarrollo e implementación de una estación de medición 3D de techos de vehículos mediante sistemas robotizados y visión artificial

Abstract

[ES] En el presente Trabajo de Final de Máster se propone el desarrollo y la implementación de una solución para el control dimensional de un modo automático, fiable, preciso, cómodo y aplicable a cualquier pieza producida en serie. El desarrollo se centrará más concretamente en el tapizado interior superior, o simplemente techo interior, de un vehículo, para mostrar una aplicación realista de la solución.

El planteamiento general es que el operario introduzca el techo en una estación automatizada donde, seleccionando previamente el modelo y versión a medir, el conjunto sistema robotizado y visión artificial se encargue de hacer las mediciones necesarias. Internamente el programa de control se encarga de establecer la comparación entre el modelo de referencia, proporcionado por el archivo CAD del propio techo, y la imagen 3D generada a partir del escaneo tridimensional obtenido por el sistema de visión. A partir de dicho análisis se podrá determinar finalmente si la pieza es buena o no según el patrón.

Para abordar la solución final, no solamente se dan a conocer los principios teóricos que hacen posible la obtención automática de modelos 3D a partir de un escáner tridimensional, sino que se deciden, de entre varias posibilidades, todos los puntos necesarios para que se pueda materializar la estación de medición 3D y cubra las necesidades planteadas: qué robot hay que emplear, qué escáner, cómo se deben referenciar y fijar las piezas, aspectos de seguridad y ergonomía, elementos estructurales, software, ajuste y mantenimiento de la estación,¿

Debido a la envergadura y la inversión total que este Trabajo supondría, no se puede materializar en la actualidad la solución planteada y, por tanto, no se pueden establecer los ensayos y obtener los datos de la aplicación real. Por ello, se plantean dos vías: una donde se expone qué solución teórica cubriría las necesidades y otra que recoge una aplicación real con datos reales sobre una pieza real, desarrollando así una demostración parcial con piezas de menor tamaño en una aplicación ya existente y comercial. Con los datos obtenidos, haciendo las relaciones pertinentes entre solución teórica y solución parcial práctica y junto con los posibles ensayos de reproducibilidad y repetibilidad, podrán permitir establecer la factibilidad de la solución teórica.

Para finalizar, se plantean qué posibilidades existen para que la solución sea más atractiva económicamente como una serie de futuros proyectos o desarrollos. Entre estas posibilidades, por ejemplo, se elabora parcialmente el diseño y uso de una ¿galga universal¿, aunque su desarrollo va más allá del alcance del presente TFM.

[EN] In this Master’s Thesis is proposed the development and implementation of a solution for dimensional control using an automatic, reliable, accurate, comfortable way applicable to any part produced in serial production. The development is centered in the sunroof, or headliner, of a vehicle to show a realistic application of the solution. The general approach is that an operator introduces the headliner into an automated station, where by selecting previously the model and version to be measured, the combination of robotic system and artificial vision make all the necessary measurements. Internally, the control program is in charge of establishing the comparison between the reference model, provided by the CAD of the headliner, and the 3D image generated from the three-dimensional scan obtained by the artificial vision system. From this analysis it will finally determinate if a piece is good or not according to the pattern. To address the final solution, not only are the basic principles which make possible the automatic obtaining of 3D models from a three-dimensional scanner, but also decide, among several possibilities, all the necessary points so the 3D measurement station can be materialized and meet the needs raised: which robot has to be used, which scanner, how the parts must be referenced and fixed, safety and ergonomic facets, structural components, software… Due to the significance and the total investment that this Thesis would entail, it is not possible to materialize the proposed solution and, therefore, the tests can not be done and obtain data from the real application. For this reason, two ways are proposed: one where it is exposed which theoretical solution would cover the necessities and another way that collects a real application with real data on a real part, thus developing a partial demonstration with smaller parts using an existing and commercial application. With the obtained data and making the appropriate relations between theorical solution and practical partial solution and with possible tests of reproducibility and repeatability, it will be possible to establish the feasibility of the theoretical solution. To conclude, it is set out which possibilities exist to make the solution be more economically attractive as a series of future projects or developments. Among this possibilities, for example, the partial design and use of an “universal gauge” is made, although its complete development goes beyond the scope of this Master’s Thesis.

[CA] En el present Treball de Fi de Màster es proposa el desenvolupament i implementación d’una solució per al control tedimensional d’un mode automàtic, fiable, precís, còmode i aplicable a qualsevol peça produïda en serie. El desenvolupament es centrarà més concretamente en l’entapissat interior superior, o simplement sostre interior, d’un vehicle, per a mostrar una aplicación realista de la solució. El plantejament general és que l’operari introdueixca el sostre en una estació automatitzada on, seleccionan previamente el model i versió a mesurar, el conjunt sistema robotitzat i visió artificial s’encarregue de fer les mesures necessàries. Internament el programa de control s’encarregarà d’establir la comparació entre el model de referencia, proporcionat per l’artxiu CAD del propi sostre, i la imatge 3D generada a partir de l’escaneig tridimensional obtés pel sistema de visió. A partir del nomenat análisis, es podrà determinar finalmente si la peça és bona o no segons el patró. Per a elaborar la solució final, no solamente es donen a coneixer els principis teòrics que fan posible l’obtenció automàtica de models 3D a partir d’un escàner tridimensional, sino que es decideixen, d’entre diverses possibilitats, tots els punts necessaris per a que es puga materialitzar l’estació de medició 3D i cubra les necessitats plantejades: quin robot hi ha que emprar, quin escàner, com s’han de referenciar i fixar les peces, aspectes de seguritat i ergonomia, elements estructurals, software, ajust i manteniment de l’estació, etc. A causa de l’envergadura i la inversión total que aquest Treball suposaria, no es pot materialitzar en l’actualitat la solución plantejada i, per tant, no es poden establir els assatjos i obtindre dades de la aplicación real. Per tant, es plantejen dues vies: una on s’exposa quina solució teòrica cobriria les necessitats i altra que recull una aplicación real amb dadest real sobre un peça irreal, desenvolupant així una demostració parcial amb peces de menor tamany en una aplicación ja existent i comercial. Amb les dades obtingudes, fent les relacions pertinents entre sólids i repetibilitat podrien permitir establir la factibilidad de la solución teòrica. Per a acabar, es plantejen quines possibilitats eexisteixen per a que la sol·lució siga més atractiva econòmicament com una serie de futurs projectes i desenvolupaments. Dintre d’aquestes possibilitats, per exemple, s’elabora parcialment el diseny i ús d’una “galga universal”, encara que el seu desenvolupament va més enllà del present TFM.