Diseño, desarrollo y evaluación de una máquina de medición de brocas basada en visión artificial

Abstract

[ES] En la actualidad, la evaluación de la calidad se lleva a cabo mediante métodos manuales que implican el uso de microscopios y pies de rey, demandando una significativa inversión de tiempo por parte de los operarios al analizar cada dimensión de manera individual. Se ha identificado que el ojo humano presenta una mayor variabilidad en comparación con un sistema de visión automatizado. La implementación de un sistema de visión conlleva una reducción sustancial en el tiempo de procesamiento de las mediciones, ya que permite la medición simultánea de múltiples dimensiones en un solo instante.

El proyecto en cuestión consistirá en la creación de una plataforma de gran estabilidad diseñada para realizar mediciones con precisión centesimal y repetibilidad. Además, se integrará un sistema óptico y de visión con la resolución adecuada para llevar a cabo estas mediciones de manera eficiente.

El sistema de visión estará compuesto por una cámara Lucid, una lente telecéntrica, domo y retroiluminación de DCM, todos montados sobre la brida de un robot de Universal Robots. Este robot operará con el software de Cognex Designer para el desarrollo de la interfaz de usuario, mientras que la programación de las herramientas de medición se llevará a cabo utilizando VisionPro.

Para validar la eficacia del sistema de visión, se llevará a cabo un extenso estudio comparativo. Inicialmente, tres operarios realizarán mediciones manuales durante un período de dos semanas. Posteriormente, las mismas mediciones se ejecutarán mediante el sistema de visión. Para garantizar la validez del sistema, se llevará a cabo un análisis de repetibilidad y reproducibilidad, donde siete brocas se inspeccionarán en tres ocasiones cada una sin moverlas (repetibilidad). Este proceso se repetirá tres veces (reproducibilidad), resultando en un total de nueve inspecciones para cada broca y 63 mediciones en total. La validación del sistema de visión se logrará cuando todas las mediciones sean precisas, dentro de la desviación máxima permitida en comparación con la medición media realizada por los tres operarios, y cuando la reproducción de la medición se encuentre dentro de un rango máximo de desviación aceptable.

]CA] En l'actualitat, l'avaluació de la qualitat es realitza mitjançant mètodes manuals que impliquen l'ús de microscopis i peus de rei, exigint una significativa inversió de temps per part dels operaris en analitzar cada dimensió de manera individual. S'ha identificat que l'ull humà presenta una major variabilitat en comparació amb un sistema de visió automatitzat. La implementació d'un sistema de visió comporta una reducció substancial en el temps de processament de les mesures, ja que permet la mesura simultània de múltiples dimensions en un sol instant. El projecte en qüestió consistirà en la creació d'una plataforma de gran estabilitat dissenyada per realitzar mesures amb precisió centesimal i repetibilitat. A més, s'integrarà un sistema òptic i de visió amb la resolució adequada per dur a terme aquestes mesures de manera eficient. El sistema de visió estarà compost per una càmera Lucid, una lent telecentrada, dom i retroil·luminació de DCM, tots muntats sobre la brida d'un robot de Universal Robots. Aquest robot operarà amb el programari de Cognex Designer per al desenvolupament de la interfície d'usuari, mentre que la programació de les eines de mesura es realitzarà utilitzant VisionPro. Per validar l'eficàcia del sistema de visió, es durà a terme un extens estudi comparatiu. Inicialment, tres operaris realitzaran mesures manuals durant un període de dues setmanes. Posteriorment, les mateixes mesures es realitzaran mitjançant el sistema de visió. Per garantir la validesa del sistema, es durà a terme una anàlisi de repetibilitat i reproducibilitat, on set broques se sotmetran a inspecció en tres ocasions cadascuna sense moure-les (repetibilitat). Aquest procés es repetirà tres vegades (reproducibilitat), resultant en un total de nou inspeccions per a cada broca i 63 mesures en total. La validació del sistema de visió es aconseguirà quan totes les mesures siguin precises, dins de la desviació màxima permesa en comparació amb la mitjana de mesura realitzada pels tres operaris, i quan la reproducció de la mesura es trobi dins d'un rang màxim de desviació acceptable.

[EN] Currently, quality control is carried out using manual methods involving microscopes and calipers, requiring a significant time investment from operators to analyze each dimension individually. It has been identified that the human eye exhibits greater variability compared to an automated vision system. The implementation of a vision system results in a substantial reduction in the processing time of measurements, as it allows for the simultaneous measurement of multiple dimensions in a single instance.

The project at hand will involve the creation of a highly stable platform designed for precise centesimal measurements with repeatability. Additionally, an optical and vision system with sufficient resolution will be integrated for efficient measurement.

The vision system will consist of a Lucid camera, telecentric lens, dome, and DCM backlight all mounted on the flange of a Universal Robots robot. This robot will operate using Cognex Designer software for the development of the user interface, while tool programming will be done using VisionPro.

To validate the effectiveness of the vision system, an extensive comparative study will be conducted. Initially, three operators will perform manual measurements over a two-week period. Subsequently, the same measurements will be executed using the vision system. To ensure the system's validity, a repeatability and reproducibility analysis will be carried out, where seven drills will undergo inspection three times each without being moved (repeatability). This process will be repeated three times (reproducibility), resulting in a total of nine inspections for each drill and 63 measurements in total. The vision system will be validated when all measurements are accurate, within the maximum deviation allowed compared to the average measurement by the three operators, and when the reproduction of the measurement falls within an acceptable maximum deviation range.