CORPORACIÓN MEXICANA DE INVESTIGACIÓN EN

MATERIALES

DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO

COMIMSACIENCIA Y

TECNOLOGÍA

AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE CALIBRACIÓN DE UN SISTEMA DE

INSPECCIÓN SIN CONTACTO A TRAVÉS DE UN BRAZO ROBOT

TESIS

PRESENTA

MIGUEL ÁNGEL ESTRADA ARROYO

MAESTRÍA EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA CON ESPECIALIDAD EN

SISTEMAS DE MANUFACTURA AVANZADA

SALTILLO, COAHUILA. Septiembre de 2013

AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE CALIBRACIÓN DE UN SISTEMA DE

INSPECCIÓN SIN CONTACTO A TRA VÉS DE UN BRAZO ROBOT

Por

Miguel Ángel Estrada Arroyo

Tesis

Presentada al Posgrado Interinstitucional en Ciencia y Tecnología

Sede

Corporación Mexicana de Investigación en Materiales, S. A. de C. V.

Como requisito parcial para obtener el Grado Académico de

Maestro en Ciencia y Tecnología con

Especialidad en Sistemas de Manufactura Avanzada

Posgrado Interinstitucional en Ciencia y Tecnología COMIMSA / CONACyT

Saltillo, Coahuila. septiembre de 2013

Corporación Mexicana de Investigación en Materiales, S.A de C.V

Gerencia de Desarrollo Humano

División de Estudios de Posgrado

Los abajo firmantes, miembros del Comité Tutorial recomendamos que la Tesis

"AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE CALIBRACIÓN DE UN SISTEMA

DE INSPECCIÓN SIN CONTACTO A TRAVÉS DE UN BRAZO ROBOT",

realizada por el alumno MIGUEL ÁNGEL ESTRADA ARROYO, matrícula

1106MA3080 sea aceptada para su defensa como Maestro en Ciencia y Tecnología con

Especialidad en Sistemas de Manufactura Avanzada.

Dr. Elias Gabriel Carrum Siller M.C. Juan Carlos Cisneros Torres

Asesor Tutor en Planta

Dr. Felipe Arturo Reyes Valdés

Coordinador General de Estudios de Posarado

Corporación Mexicana de Investigación en Materiales

Gerencia de Desarrollo Humano

División de Estudios de Posgrado

Los abajo firmantes, miembros del Jurado del Examen de Grado del alumno, MIGUEL

ÁNGEL ESTRADA ARROYO una vez leída y revisada la tesis titulada

"AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE CALIBRACIÓN DE UN SISTEMA

DE INSPECCIÓN SIN CONTACTO A TRAVÉS DE UN BRAZO ROBOT",

aceptamos que la referida tesis revisada y corregida sea presentada por el alumno para

aspirar al grado de Maestro en Ciencia y Tecnología con Especialidad en Sistemas de

Manufactura Avanzada durante el Examen de Grado correspondiente.

Y para que así conste firmamos la presente al día 30 del mes de septiembre del año

2013.

Dr. Gerardo Maximiliano Méndez

Presidente

Ct-sCO^s

Dr. Tomás Saláis Fierro

Secretario Vocal

DEDICATORIA

La presente tesis está dedicada principalmente a mi familia, a mi esposa Karla por todo

el apoyo que me ha brindado a lo largo de mis estudios, y a mis hijas que me han

prestado el tiempo de padre que debería de dedicarles a ellas, por seguir superándome

con mis estudios.

A mis padres y hermano que han sido siempre parte de mi experiencia de vida.

Además, dedico esta tesis a todas las personas que me han apoyado y brindado su

tiempo para compartir su conocimiento conmigo.

AGRADECIMIENTOS

Primeramente, me gustaría agradecer a mi tutor académico el Dr. Pedro Pérez por todo

el apoyo que me ha brindado y por su tiempo dedicado para lograr mis metas, seguido

por mi asesor académico Dr. Elias Carrum, agradeciendo por todo el apoyo brindado

cuando se le solicitaba. También a mi tutor de planta M.C. Juan Carlos Cisneros por

todas las enseñanzas y apoyo que me brindó en mi estancia en la celda de manufactura.

Me gustaría agradecer el apoyo brindado a todas las personas que trabajan en la celda de

manufactura por su tiempo dedicado cuando más los necesitaba y por compartir su

tiempo apoyando mi proyecto.

AUTOBIOGRAFÍA

Miguel Ángel Estrada Arroyo, nació el 27 de mayo de 1985, originario de Monclova,

Coahuila y es hijo de la señora Maria del Socorro Arroyo y del Señor Alejandro Salazar.

Estudió en el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, campus

Saltillo, la licenciatura de Ingeniería en Mecatrónica, del 2003-2008.

Labora en la empresa Delphi, como Ingeniero de Producto, en el área de componentes,

administrando y diseñando actuales y nuevos productos de la empresa hasta su salida al

mercado automotriz, desde el 2008, iniciando en el área de CAD y pasando por el área

de Laboratorio de validación hasta el puesto actual.

Participó en el Congreso Internacional de Investigación de Academia Joumals.com, en

Cd. Juárez, Chihuahua en el año de 2013, presentando el proyecto de la presente tesis.

RESUMEN

La mayoría de las plantas industriales en México, son manufactureras, en la región de

Coahuila existe un ramo manufacturero muy importante siendo este el sector automotriz.

Dentro de este sector, existen muchos procesos distinguiéndose entre ellos un área muy

importante dedicada a la inspección de productos. Para el proceso de inspección se

pueden utilizar distintos equipos, los cuales toman lecturas de mediciones en 2

dimensiones, donde se analizan de acuerdo a las tolerancias de cada una de las partes.

Estas máquinas se conocen como máquinas de coordenadas (CMM) y los equipos de

dimensión convencionales tales como micrómetros y vernier. Dichas lecturas no son

muy útiles para superficies muy complejas, además que toma mucho tiempo obtener

una gran cantidad de datos. En COMIMSA, una institución dedicada a la educación y

diversos, cuenta con una celda de manufactura con diferentes equipos, entre ellos un

robot Kuka para ensamble. También se tiene a disposición diferentes escáneres ópticos

como es el Range y Atos, además de un escáner láser llamado Exa-scan, con el objetivo

de realizar inspección para partes y con posibilidad de realizar ingeniería inversa,

teniendo grandes ventajas sobre los métodos tradicionales de inspección.

El presente proyecto se centra en el uso de un escáner láser portátil marca Exa-scan,

cuya manipulación se hace de manera manual y dependiendo del equipo es su grado de

dificultad y precisión. Existen del tipo fijo y portátil, este último con un peso

aproximado de 2 Kg y su peso representa la inconveniencia de que al poco tiempo de su

uso el operador presenta problemas de ergonomía y uniformidad, tanto durante el

proceso de calibración del equipo, como durante el escaneo de las piezas. En éste

desarrollo tecnológico se propone el diseño e implementación de un dispositivo

mecánico para la sujeción del escáner contando con un mecanismo semi-automatizado

para la calibración y escaneo de piezas. El uso de este dispositivo brindará la ventaja de

eliminar la variación de datos que se genera de un operador a otro durante el proceso de

calibración y escaneo, proporcionando con este desarrollo uniformidad en el ciclo de

tiempo para la calibración y escaneo. Además se presenta una solución al problema de

ergonomía presentado en el proceso manual por un proceso semi-automático.

TABLA DE CONTENIDO

• LISTA DE FIGURAS VIII

• LISTA DE TABLAS X

• LISTA DE ACRÓNIMOS XI

• CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN 1

1.1 Antecedentes 3

1.2 Justificación 4

• CAPÍTULO II: DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 6

2.1 Preguntas de investigación 9

2.2 Hipótesis : 10

2.3 Objetivos 10

• CAPÍTULO III: ESTADO DEL ARTE 12

3.1 Síntesis de bibliografía más relevante respecto aplicaciones del escáner 30

3.2 Diseño de producto 34

3.3 Método Rula 41

• CAPÍTULO IV: METODOLOGÍA 49

4.1 Diagrama para toma de decisión en diseño y manufactura del sujetador 54

• CAPÍTULO V: DESARROLLO POR ETAPAS 58

5.1 Estudio de Ergonomía 58

5.2 Desarrollo del diseño en software NX 64

• CAPÍTULO VI: RESULTADOS Y DISCUSIONES 84

• CAPÍTULO VII: CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO 87

• BIBLIOGRAFÍA 89

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Exas-scan. (Cortesía de COMIMSA) 7

Figura 2.2 Celda de manufactura. (Cortesía de COMIMSA) 7

Figura 2.3 Tiempo de calibrado 9

Figura 3.1 Flujo del diseño para la ingeniería inversa. (Vinesh y Femándes, 2008) 16

Figura 3.2 Comparativo de nube de puntos y modelo CAD 20

Figura 3.3 Modelo CAD con superficie compleja. (Vinesh y Fernándes, 2008) 21

Figura 3.4 Resultado de inspección por software. (Vinesh y Fernándes, 2008) 22

Figura 3.5 Reporte final de inspección. (Vinesh y Fernándes, 2008) 22

Figura 3.6 Robot autónomo MagneBike. (Caprari et al. 2012) 25

Figura 3.7 Gráfica de porcentaje de falla vs distancia 26

Figura 3.8 Tipos de obstáculos. (Caprari et al. 2012) 27

Figura 3.9 Control y monitoreo de un robot en 3D. (Perrot et al. 2011) 29

Figura 3.10 Evaluación del brazo. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993) 42

Figura 3.11 Evaluación de antebrazo. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993) 42

Figura 3.12 Modificación del puntaje de antebrazo. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993)

43

Figura 3.13 Evaluación de la muñeca. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993) 43

Figura 3.14 Modificación en evaluación de la muñeca.

(McAtammey y Nigel-Corlett, 1993) 44

Figura 3.15 Evaluación del cuello. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993) 45

Figura 3.16 Evaluación del tronco. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993) 46

Figura 4.1 Metodología general del proyecto de investigación 49

Figura 4.2 Diagrama para toma de decisión en diseño y manufactura del sujetador 54

Figura 5.1 Fotografías mostrando los ángulos de diferentes posiciones para evaluarlas

con el método RULA, del Operador 1 60

Figura 5.2 Bosquejo de diseños principales a seleccionar 65

Figura 5.3 Propuestas de principales opciones de pistones neumáticos 67VIII

Figura 5.4 Modelo CAD de pistón de 1 Mpa 68

Figura 5.5 Primer modelo CAD del sujetador 68

Figura 5.6 Base del sujetador 71

Figura 5.7 Vista posterior de la base del sujetador 72

Figura 5.8 Pieza en CAD del soporte para base 72

Figura 5.9 Puntos de apoyo para el escáner en el sujetador (Modelo CAD) 73

Figura 5.10 Piezas para asegurar el escáner 74

Figura 5.11 Plano de pieza que ensambla con robot 74

Figura 5.12 Plano de la pieza base 75

Figura 5.13 Diseño final del mecanismo 75

Figura 5.14 Mecanismo del sujetador en modelo CAD 76

Figura 5.15 Guías para el mecanismo 77

Figura 5.16 Posición inicial y final del mecanismo 77

Figura 5.17 Diseño de la pieza en forma de dedo (Color morada) 78

Figura 5.18 Diseño del sujetador con partes ensambladas 78

Figura 5.19 Ensamble final del sujetador 79

Figura 5.20 Ensamble final del sujetador con el Robot Kuka 80

Figura 5.21 Pruebas para validar el diseño del mecanismo 80

Figura 5.22 Panel de control del Robot Kuka 81

Figura 5.23 Escaneado de una pieza muestra 82

Figura 5.24 Malla de puntos obtenida del escaneado 83

IX

LISTA DE TABLAS

Tabla 3.1 Bibliografía con aportación relevante al proyecto 33

Tabla 3.2 Evaluación del grupo A. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993) 45

Tabla 3.3 Evaluación del grupo B. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993) 47

Tabla 3.4 Modificación al puntaje de acuerdo a la actividad muscular y fuerza ejercida.

(McAtammey y Nigel-Corlett, 1993) 47

Tabla 3.5 Evaluación final. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993) 48

Tabla 3.6 Niveles de actuación según la evaluación final. (McAtammey y Nigel-Corlett,

1993) 48

Tabla 5.1 Datos para evaluación de método RULA, Operador 1 60

Tabla 5.2 Datos para evaluación de método RULA, Operador 2 61

Tabla 5.3 Datos para evaluación de método RULA, Operador 3 61

Tabla 5.4 Datos para evaluación de método RULA, Operador 4 62

Tabla 5.5 Datos para evaluación de método RULA, Operador 5 62

Tabla 5.6 Datos para evaluación de método RULA, Operador 6 63

Tabla 5.7 Datos para evaluación de método RULA, Operador 7 63

Tabla 5.8 Resumen de puntajes finales para el estudio de ergonomía 64

Tabla 5.9. Propiedades principales del Nylamid 69

Tabla 5.10 Descripciones y Aplicaciones del Nylamid 70

LISTA DE ACRONIMOS

1. AMVI. Automatic Múltiple View Inspection.

2. CAD. Computer Aided Design.

3. CAL Computer Aided Inspection

4. CMM. Coordínate Measuring Machine.

5. DEAM. Design Exploration Assessment Methodology.

6. DFM. Design For Manufacturing.

7. DFMA. Design For Manufacturing and Assembly.

8. GD&T. Geometric Dimensioning and Tolerancing.

9. HTML. Hyper Text Markup Language.

10. ICP. Iterative Closest Points.

11. OGP. Optical Gaging Products.

12. PDF. Portable Document Format.

13. PSS. Product Service Systems.

14. RULA. Rapid Upper Limb Assessment.

15. SCAMPER. Substitute, Combine, Adapt, Modify, Put on other uses, Elimínate,

Rearrange.

16. STL. STereoLithography.

17. TRIZ. Teoriya Reshenya Izobretatelsky Zadach (Teoría para la resolución de

problemas de inventiva, por sus siglas en ruso).

XI

CAPITULO I: INTRODUCCIÓN

El incremento en la productividad en un sistema de inspección es muy importante en la

industria actual. Por esta razón, existe una variedad de máquinas de inspección (Vinesh

y Fernándes, 2008) que ayudan a generar reportes con gran precisión y de manera

eficiente con tiempos aceptables para la industria. A través de los últimos años se han

desarrollado una gran cantidad de sistemas de inspección, incluyendo sistemas de

contacto y sin contacto por medio de un escáner.

El escáner láser sin contacto tiene como función primordial la ingeniería inversa a través

del barrido de piezas para la obtención de una nube de puntos, y después ser capaz de

transformarla en modelo en 3D para su manufactura. Además, una de las aplicaciones

del escáner sin contacto es la inspección de la calidad de cualquier pieza a través de la

comparación de la nube de puntos contra el modelo en 3D original, para poder obtener

resultados dimensionales y las desviaciones con respecto a la especificación requerida

del producto. El presente proyecto introducirá el diseño, manufactura y aplicación

necesarios para semi-automatizar el proceso de inspección de un escáner láser sin

contacto asistido por un brazo robot dentro de una celda de manufactura. En esta etapa

del proyecto se centrará en el dispositivo para la automatización de la calibración de un

escáner láser sin contacto.

Las aplicaciones del proceso de inspección automatizadas con un escáner sin contacto

ya sea láser u óptico son muy escasos en México, y dentro de las fuentes consultadas

solo se encuentran algunas aplicaciones a nivel mundial utilizando el escáner óptico

Atos, de origen Alemán (Trejo 2010), y otro escáner óptico de nombre Neviscan, de los

Estados Unidos. Dichas aplicaciones se realizan principalmente en la industria

automotriz. Para el desarrollo de este proyecto se utilizó el escáner láser Exa-scan dentro

I

de una celda de manufactura asistido por un brazo robot, actualmente no se tiene

registro de ninguna aplicación similar con el escáner láser Exa-scan en México.

Para lograr la unión del escáner láser es necesario crear un sujetador para acoplar el

escáner láser con el brazo robot, pero a la vez teniendo un mecanismo para disparar el

láser de manera automática por instrucciones de alguna subrutina del software del robot.

El enfoque principal del proyecto se basa en la creación, manufactura, y aplicación del

sujetador, el cual no se ha encontrado ninguna referencia física en el mercado actual y

literatura.

Se toman en cuenta las restricciones necesarias para llegar al objetivo principal, como el

espacio, el peso del escáner y del material disponible para la creación del sujetador, el

ahorro de material, la seguridad del escáner, además de la manufactura a emplearse para

la construcción de partes, y consideración del volumen del sujetador y escáner para

evitar limitaciones en el movimiento del robot.

Las aplicaciones de un escáner sin contacto tienen poca investigación en el campo de la

inspección de calidad. Solamente la parte de ingeniería inversa por medio de un escáner

está más ampliamente investigada, la cual solo es una parte de todas las aplicaciones del

escáner láser sin contacto.

Esta investigación es importante para las industrias (Caprari et al. 2012) que buscan

implementar una estación de inspección de calidad dentro de una línea de proceso o una

celda de manufactura de manera automatizada, para aumentar sus controles de calidad y

su productividad. Además de utilizar dicha estación como una zona de inspección

solamente, ya que brinda una diferente opción de inspección de piezas.

Además, existen ejemplos evidentes donde la implementación de robots en las tareas

manuales suelen mejorar por mucho el tiempo de operación (Buckingham & Graham,

2005), disminuyendo considerablemente éste y brindando una respuesta rápida bajo la

necesidad.

1.1 Antecedentes

COMIMSA es una institución dedicada a diferentes actividades, donde una de ellas es la

actividad educativa, la cual ofrece carreras a nivel posgrado de distintas áreas.

Actualmente se encuentra instalada una celda de manufactura donde se pueden

encontrar diferentes procesos de manufactura, como línea de ensambles, máquina

desbastadora, áreas de soldadura y varios brazos robots.

Dicha área brinda la oportunidad de simular procesos avanzados de una celda de

manufactura, o la creación de nuevos procesos, mediante la ayuda de equipos avanzados

con tecnología de punta de nivel mundial. Además podemos encontrar equipos

automatizados como brazos robots de la marca Kuka, la cual es una marca reconocida y

de alto prestigio por su calidad, desempeño y precisión.

También podemos encontrar un areá de inspección, donde podemos utilizar un escáner

láser, llamado Exa-sscan, un aparato que crea cualquier pieza física a un modelo en 3D,

lo cual permite varias aplicaciones, donde una de ellas es la inspección de piezas, o

ingeniería inversa. Además de encontrar escáneres ópticos como el Range y Atos.

Antes de empezar a usar el escáner láser, se debe de calibrar siguiendo las instrucciones

mostradas en el propio software, para después barrer la pieza de manera manual, y así

crear una nube de puntos de la pieza con una gran precisión.

Este procedimiento no es el óptimo, ya que si se piensa en el marco de un proceso de

alta producción donde se tiene que inspeccionar el producto constantemente o en corto

tiempo de manera repetitiva, la opción de escaneo manual de inspección de piezas

llevaría a retrasos de tiempo, imprecisiones de escaneo, entre otras desventajas.

Un área de oportunidad para mejorar el sistema de inspección de piezas, es realizar una

inspección de manera automática, por medio de un brazo robot de marca Kuka, el cual

es posible programar de manera sencilla el calibrado del escáner láser y para el barrido

de pieza.

La principal ventaja es la rapidez y calidad en el barrido de las piezas, junto con la

seguridad del proceso, mejora de la ergonomía de la operación, como también la

repetibilidad del barrido de pieza; con esto se tendrá un proceso confiable, rápido y

1.2 Justificación

Ante la necesidad de tener una línea de producción de flujo continuo y con la

importancia de inspeccionar el producto (Naidu et al. 2006) constantemente, para lograr

una estandarización, la experiencia actual se dirige a que podría ser necesario mejorar el

tiempo de inspección de pieza dentro de la celda de manufactura de COMIMSA, ya que

es fácil caer en errores de inspección por tener una inspección manual. También por

ergonomía, el tiempo de escaneado es prolongado, y con la implementación de un brazo

robot se mejorarían los puntos importantes.

La mejor manera de disminuir el tiempo de inspección y calidad en la inspección es

automatizando la operación deinspección por escáner láser. En una celda de

manufactura con un brazo robot en el proceso, es posible aprovechar dicho robot para

automatizar el proceso de inspección, con el fin de asegurar la calidad del producto y en

un corto tiempo.

Al incrementar la eficiencia del proceso de inspección con el escáner láser y al disminuir

tiempos de respuesta, podría generar ahorros de dinero. Además, se tendría un estricto

control de calidad al tener la posibilidad de inspeccionar el producto constantemente y

con la posibilidad de inspeccionar el producto en un 100%, dependiendo el volumen que

se este manejando.

Con esto, en casi cualquier empresa o en gran mayoría, el objetivo de satifacción del

cliente se cumplirá, junto con otros propósitos de la empresa, y la productividad del

proceso, o al menos se tendría una confiabilidad del producto del 100%. una vez que

tengas el producto inspeccionado y dentro de especificación.

En general, la justificación del proyecto se basa en la solución del problema de

ergonomía, ya que se debe de exigir a los proyectos que respeten y que se adecúen a los

límites de capacidad de respuesta humana (Móndelo et al. 1999), y proporcionar

uniformidad de tiempo al calibrado del escáner y aumentar la calidad de inspección del

producto por escáner láser, al permitir una calibración constante del escáner de manera

semi-automática. En consecuencia, cualquier empresa se beneficia al tener clientes

satisfechos y teniendo precios competitivos debido al control estricto de la inspección de

su producto.

Además, se establecen las bases para trabajos futuros para la inspección sin contacto,

una vez teniendo el sujetador prototipo para integrar el escáner y un proceso de

calibración semi-automático, ya que este proyecto en específico se delimita hacia la

calibración semi-automática del escáner solamente y la creación de un prototipo de

sujetador para la integración del escáner láser con el brazo robot. Lo cual podría

aplicarse también en el barrido de pieza en un trabajo a futuro.

CAPITULO II: DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

Las empresas de hoy, tienen demanda de tiempos cortos de operación, ya que las

exigencias del mercado van creciendo ante la incorporación de nuevos competidores y el

consumo global, por lo cual se enfrentan ante la necesidad de acelerar sus procesos para

acortar los tiempos de operación.

En la celda de manufactura de COMIMSA existe un método manual de inspección

utilizando el escáner láser "Exa-scan", ver figura 2.1, el cual se calibra y se realiza el

barrido de la pieza de manera manual. Esto lleva a la posibilidad de una imprecisión en

barrido, ya que no se va a realizar con un grado de repetibilidad, o debido a que no se

estará siguiendo un método automático y va a demorar un tiempo en volver a

inspeccionar la pieza si no se realiza correctamente el primer barrido de pieza; lo

anterior, es un gran problema para la aplicación dentro de la celda de manufactura de

COMIMSA si se requiere de una constante inspección del producto para tener un grado

mayor de control de dimensionamiento.

Por otro lado, el tiempo de calibración es prolongado, lo cual desde un punto

ergonómico es muy cansado para cualquier persona escanear una pieza correctamente.

Se requiere integrar y automatizar el proceso de calibración con los componentes que

existen actualmente en la celda de manufactura de COMIMSA, utilizando

principalmente un brazo robot marca Kuka y un escáner láser marca Exa-scan.

Por ejemplo, dentro de la industria automotriz existe una alta exigencia en calidad y

precisión de las piezas, y también con alta demanda en su producción anual, lo cual

lleva a una aplicación coherente de una inspección automática con un brazo robot, ver

figura 2.2. Por otra lado, es posible encontrar aplicaciones en inspección de partes en

líneas de producción de ensamble donde el lugar de la inspección es muy incómodo para

realizarlo de manera manual, o en inspección de moldes, que es conveniente una

inspección por escáner láser para inspección de superficies.

Figura 2. 1 Exas-scan. (Cortesía de COMIMSA)

1„TT"tí iJm

niIpSiFigura 2. 2 Celda de manufactura. (Cortesía de COMIMSA)

Dentro de la calibración y barrido de pieza con el escáner láser Exa-scan, se encontran

problemas potenciales, los cuales son:

7

- Alta variabilidad en el tiempo del método de calibración y barrido de pieza, lo

cual provoca retrasos. Depende del usuario y el cansancio del mismo.

- En cuanto a ergonomía, es muy cansado sostener el escáner por mas de 5

minutos, lo cual provoca cansancio y fatiga del brazo del operador. Agregando

mas problemas si se desean medir un lote de productos.

- En el calibrado, depende mucho de la mano del operador en cuanto a la

precisión en localizar un punto objetivo. Además, es preferible calibrar el

escáner en cada cambio de producto para una mayor precisión, por lo tanto se

requerirá de calibrar el escáner varias veces si se pretende medir diferentes

piezas.

Además existe una alta variabilidad en el tiempo de calibrado del escáner sin contacto.

En la figura 2.3, se muestra una gráfica con los tiempos de 20 muestras de calibrado del

escáner Exa-scan, con el fin de probar la variabilidad de un sistema manual de barrido

de pieza y de calibración.

Hr:M¡n:Seg

00:23:02 1

00:20:10

00:17:17

30 14 24

00:11:31

00.08.38

00:05:46

00:02:53 i

00 00 00

Max: 00:21:30

Min: 00:01:30

Promedio: 00:06:57

• Operador l

• Operador 1

• Operador 1

• Operador 2

• Operador!

• Operadora

• Operador 3

• Operador 3

• Operador 3

• Operador 4

• Operador 4

• Operador 4

• Operador:

• Operador 5

Operador 5

• Operador 6

Operador 6

Operador 6

Operador"

Operador"

Operador ™

Figura 2. 3 Tiempo de calibrado.

2.1 Preguntas de investigación

Las preguntas de investigación son enfocadas hacia la definición del problema de

proyecto iniciando con un interés en la búsqueda de implementaciones similares y en las

opciones en el mercado de inspección de piezas de manera automática.

1. ¿Cuáles son las limitaciones al utilizar un robot para la automatización de unproceso?

2. ¿Qué tipo de sujetador es recomendable usar para el agarre del escáner láser?

3. ¿Qué tipo de diseño de mecanismo es el adecuado para el accionador de laemisión láser?

4. ¿Qué debe de contener el diagrama de flujo de decisiones para el diseño delsujetador?

5. ¿Cuál es el tiempo de calibración semi-automático a conseguir?

2.2 Hipótesis

Mediante la automatización del proceso de calibración y barrido de puntos empleando

un escáner láser Exa-scan operado por un brazo robot es posible reducir el tiempo de

proceso de calibración y escaneo en al menos un 50% así como disminuir lesiones

corporales durante su uso.

2.3 Objetivos

2.3.1 Objetivo general

• Diseñar un sujetador que integre el escáner Exa-scan al brazo robot Kuka y

semi-automatizar el proceso de calibración del escáner láser, minimizando la

duración de este proceso y la uniformidad de tiempo en la calibración.

I(i

2.3.2 Objetivos específicos

• Obtener un diseño de un sujetador en 3D con la ayuda del software NX.

• Encontrar y crear un diseño adecuado para el mecanismo accionador del escáner

láser.

• Establecer una rutina en el robot Kuka para calibrar el escáner láser.

• Verificar la disminución de tiempo en calibración, comparando el tiempo de

calibración semi-automática contra el promedio de tiempo de calibración de

forma manual.

• Realizar ejercicios de barrido de pieza ejemplo.

11

CAPITULO III: ESTADO DEL ARTE

La necesidad de cumplir las expectativas de los clientes dentro de cualquier industria ha

traído consigo el desarrollo de nuevas tecnologías para la inspección de los productos.

Uno de los métodos para la inspección de piezas tradicional pero muy rápido, es

utlizando un gage, o un vernier, el cual ayuda a encontrar la dimensión de una forma

rápida y sencilla, así como otros aparatos muy similares. Las desventajas de estos tipos

de instrumentos de medición es que tienen un limite de exactitud y de decimales, lo cual

sería ineficaz para dimensiones críticas al querer inspeccionar una pieza; por tal motivo,

este tipo de instrumentos se utilizan regularmente en la línea de producción para obtener

dimensiones de referencia solo para tener una idea de la desviación de un determinado

proceso.

También, este tipo de instrumentos de medición obtienen dimensiones en dos puntos, es

decir en dos dimensiones, lo cual dificultaría medir el error en una superficie.

La calibración de los instaimentos de medición es muy importante, ya que definen la

exactitud de un determinado instrumento o aparato de medición, lo que es importante en

determinadas áreas de investigación o de manufactura.

Los instrumentos de medición sencillos, como el vernier, son muy fáciles de calibrar,

pero también tiene la desventaja de que es muy sencillo que se descalibren.

Otros aparatos de medición que tienen gran exactitud es el CMM y el OGP, los cuales

siguen siendo de dos dimensiones ya que pueden tomar 2 puntos solamente, o más bien

en un plano en 2-D.

12

Estas máquinas son muy usadas en la actualidad (Lukacs et al. 2010) y existen en la

mayoría de las industrias en México como a nivel mundial, y se ubican normalmente en

el departamento de calidad o confiabilidad.

Se utilizan frecuentemente para el dimensionamiento de magnitudes claves, para

arrancar una linea de producción, y además, se pueden usar para medir moldes que

requieran una gran exactitud.

También estos instrumentos de medición muy sofisticados utilizan cámaras de visión

para una mayor precisión en la toma de cualquier dimensión, con ellas se pueden

mostrar errores en superficies pero solo en dos dimensiones.

Un punto en resaltar de los aparatos de medicón que se mencionaron anteriormente es

que estos instrumentos son operados de manera manual y tienen la necesidad de que una

persona con conocimientos técnicos deba usarlos.

Esta situación lleva a la necesidad de estar cambiando de personal, cada cierto tiempo

para el uso del aparato de medición, lo que podría tener como consecuencia que no se

tenga la repetibilidad necesaria de la metodología de medición, lo cual puede tener

desviaciones en el tiempo necesario de toma de mediciones, y además de tener

incertidumbre en el tiempo de trabajo, o en la falta de proporcionar un pronóstico en el

tiempo de espera para un reporte de inspección.

Aunque también tienen ventajas de acuerdo al manejo de software que utilizan, y

pueden generar ingeniería inversa. Además de inspeccionar piezas identificando

tolerancias geométricas con un software (Mani, 2011).

Hablando del tiempo necesario en el proceso de medición, y de acuerdo a un estimado

de tiempo expuesto en la conferencia Sistemas Ópticos GOM - México 2010 (Trejo et

al. 2010), una máquina CMM puede entregar un reporte de 220 puntos en 255 minutos,

13

lo cual se puede generar un idea de que en un turno normal de trabajo que son 8 horas,

aproximadamente es posible entregar dos reportes similares al mencionado.

Ahora, de lo mencionado en el párrafo anterior, varían los tipos de medición, ya que se

tiene desde mediciones con pocas dimensiones o dimensiones con reportes de arriba de

200 mediciones, donde se encuentran dichos reportes en mediciones de moldes ya sea

para inyección de plástico o cualquier molde complejo.

La siguiente tecnología que salió al mercado después de los instrumentos de medición

tradicionales, fueron el escáner láser y el óptico, los cuales trajeron consigo grandes

mejoras en inspección de superficies, ya que con los métodos tradicionales solo podían

medir dimensiones un un plano 2-D. Por otro lado, también existe otra tecnología,

llamada híbrida, la cual incluye las ventajas del método de inspección de contacto y sin

contacto (Mohib, 2009).

A lo largo del desarrollo del estado de arte se mencionan las ventajas y desventajas del

escáner láser y óptico y sus diferentes usos y aplicaciones. Aunque también vale la pena

mencionar que también existe otro tipo de inspección sin contacto como es por onda

ultrasónica (Coccia et al. 2009; Lanza, 2000), como también procesos de inspección

utilizados más que nada en la industria automotriz y que son sistemas inteligentes

(Killing, 2007), y con la posibilidad de desarrollar métodos y algoritmos específicos

para cierto producto (Rodríguez, 2004).

Se tiene que definir primero que el proceso de inspección se divide en básicamente 3

etapas: la calibración o configuración de la máquina, toma de mediciones, reporte y

14

análisis. Es importante mencionar estas etapas, ya que el tiempo invertido en cada una

da el total de tiempo de un proceso de inspección.

Inicialmente una de las aplicaciones del éscaner láser u óptico es la ingeniería inversa, lo

cual es conveniente mencionar según el artículo ingiería inversa en la industria

automotriz (Vinesh y Fernándes, 2008).

Se menciona que existen razones muy específicas para el uso de la ingeniería inversa:

• Para crear formas de superficies complejas en un modelo CAD.

• Superar obstáculos de intercambio de datos e integridad de datos.

• Para crear geometrías complejas que tal vez no podría crease el modelo CAD

parámetrico.

• Para resolver y corregir problemas que surjan de discrepancias entre el modelo

original y el modelo actual de la parte.

• Para asegurar la calidad y desempeño a través de la ingeniería asistida por

computadora en la industria automotriz.

Los puntos anteriores son los que tienen importancia desde cierto punto de vista, según

el artículo (Vinesh y Fernándes, 2008).

Además, en el contenido del artículo se explican las etapas para realizar ingeniería

inversa de un nuevo modelo de auto, el cual típiamente empieza con seis diseños a

escala completos, y utilizando métodos sofisticados, se usan para extraer información de

estudios de clientes, enfoque de grupos y para analizar el modelo del diseño con

simulación matemática y restricciones de produción. Después, basado en la

retroalimentación del cliente y restricciones de manufactura, dos modelos se rediseñan.

15

Usando la tradicional ayuda asistida por computadora, ingeniería y procesos de

manufactura, un típico diseño a escala completo de un carro toma más de 3 meses para

completarlo.

Esto no es aceptable par las compañías automatrices japonesas, los cuales trabajan para

a cortar los tiempos a 3 días. El único camino para que este tiempo se cumpla es através

de un drástico cambio en el flujo del diseño, el cuál es ilustrado abajo (Vinesh y

Fernándes et al. 2008), ver figura 3.1.

Modelo Clay de escala pecpeña

Estaneo

Software de ingeniería inversa

NURBS

Planos preliminares

I Diseño de herramentales

% Diseño de subsistemas

Grupo de diseño delcuerpo I

CAM-'CAE ]

I Modelo enescala completa I

Polígonos NURBS

CEscan-eo

Modelo CAD final

NURBS

Software de ingeniería inversa

KCAITA, ICEM UG etc.

Superficies clase A

Figura 3. 1 Flujo del diseño para la ingeniería inversa. (Vinesh y Fernándes, 2008)

Los 3 días del proceso empieza con el diseñador creando un modelo de un cuarto de

escala del cuerpo del automóvil. La pequeña escala del modelo es medida usando un

16

escáner óptico sin contacto, el cual en la salida, entrega múltiples piezas de una nube de

puntos en 3-D de datos.

La nube de puntos de datos son alineados y contrapuestos dentro de un solo punto de

nube que es suficientemente denso para representar la superficie.

Un software de ingeniería inversa es usado para construir la superficie de una malla

poligonal para la salida de un software de análisis de ingeniería o para una máquina de

prototipado rápido.

El modelo digital que va a manufactura es escalado a tamaño original y moldeado en

arcilla o en algún otro material. Para entonces un escáner óptico mide el modelo físico

en tamaño original. La nube densa de puntos obtenida del escáner es usada para verificar

la tolerancia entre el modelo físico construido y el modelo digital usado para moldear la

parte. Si esto pasa, los diseñadores proceden a recontruir la superficie CAD de tamaño

original usando un software de ingeniería inversa para diseños de superficies y un

software tradicional de CAD para la funcionalidad del diseño (Vinesh y Fernándes et al.

2008).

Referente al texto anterior muestra el uso principal para el escáner óptico o bien,

cualquier tipo de escáner. Además, muestra la importancia del éscaner en la industria de

hoy, lo que es el acortamiento de tiempo de respuesta de nuevos diseños, como también

se podría introducir la inspección de piezas midiendo las diferencias entre la nube de

puntos obtenidos por el escáner respecto al modelo CAD original. Adicionalmente, se

tiene que aclarar que antes de la inspección por medio de la comparación de modelos, la

nube de puntos obtenida se debe de tratar para eliminar los errores en los datos

obtenidos, esto es posible a través de diferentes técnicas (Jia, 2011).

17

Esto conlleva a una mejora en la calidad de los productos, que en este caso es en la

industria automotriz, pero también las aplicaciones pueden extenderse a todo tipo de

industria manufacturera o de investigación, ya que el método para la inspección (de

cualquier producto) ayuda a identificar desviaciones del producto físico respecto al

modelo CAD original por medio de un software específico, el cual muestra contrastes de

colores para identificar muy fácilmente las desviaciones respecto a las tolerancias del

productos.

Por este método de inspección es muy fácil y rápido identificar dimensiones fuera de

especificación, que ayuda a poder mejorar el producto en corto tiempo.

Agregando también, como se puede leer en el fragmento anterior del artículo, el escáner

óptico es de vital importancia para la ingeniería inversa de los nuevos productos de hoy.

Además que ayuda a que una empresa nueva no empiece de cero, y pueda mejorar los

productos existentes antes de que salgan al mercado internacional.

Trabajando con el mismo modelo y siendo capaz de comparar éste con un producto

construido permite dramáticamente iteraciones de diseños más rápidas. Esto ayuda a que

los fabricantes de automóviles ofrezcan casi un sin fin de variedad de productos y

opciones al mismo costo o usar innovación de diseño para diferenciar sus productos a un

precio premium. (Vinesh y Fernándes et al. 2008).

En la sección de ingeniería inversa para mejorar la calidad de Vinesh y Fernándes

(2008) menciona que para los fabricantes líderes de autos, la ingeniería inversa es una

herramienta importante en el continuo mejoramiento de los motores. Cierta compañía

esta usando la ingeniería inversa para implementar un nuevo proceso de inspección

IX

asistido por computadora (CAÍ) para las plantas que construyen cerca de 600,000

motores al año.

Más de 900 especialistas supervisan el aseguramiento de la calidad de las líneas de

producción en planta y unidades operativas (Vinesh & Fernándes, 2008). Para los

componentes del motor son verificados por revisión de puntos en el laboratorio de

medicón de precisión de la compañía, donde los componentes de los motores deben de

estar dentro de tolerancia.

Enfrentando esta rigurosa demanda de la calidad, la compañía quiere moverse más allá

de los procesos tradicionales de inspección usando máquinas de medición por

cordenadas (CMMs). El CMM colecta una muestra discreta de puntos sobre una parte,

uno a uno. El proceso es lento y no es el adecuado para una inspeccón de superficie a

superficie requerida para verificar la exactitud de una hoja de metal de libre forma de

superficie. Los resultados son capturados en dimensiones geométricas en 2-D y

tolerancia (GD&T) que no son directamente correlacionadas con el modelo CAD 3-D de

la parte.

El proceso CAÍ usa un escáner sin contacto para colectar millones de puntos en

segundos (Vinesh & Fernándes, 2008). El software basado en los principios de la

ingeniería inversa procesa la información automáticamente para comparar una parte

construida con su representación CAD. El proceso crea un lazo interactivo entre el

diseño, manufactura, y divisiones del control de calidad.

El primer paso para el proceso CAÍ es la captura de geometrías exactas y dimensiones

colocando puntos objetivos, los cuales son usados para alinear escaneados múltiples,

sobre una superficie del componente del motor existente. La parte del motor es

escaneada con el escáner de luz blanca sin contacto para generar un modelo poligonal.

Al escáner de luz blanca es también llamado escáner óptico.

19

Bordes irregulares, huecos, y superficies del modelo poligonal son suavizadas, y el

modelo es limpiado para remover puntos extraños o ruidos que pueden indeterminar los

datos. El archivo completado son unidos, alineados y guardados en un formato SLT

(Vinesh & Fernándes, 2008).

En la figura 3.2 se aprecia un comparativo de la nube de puntos de los datos obtenidos

del escáner y el modelo original CAD.

••* *'i

*A*"*

Figura 3. 2 Comparativo de nube de puntos y modelo CAD.(Vinesh y Fernándes, 2008)

Haciendo un apartado y resaltando el comentario que el escáner óptico, este ayuda a

obtener información exacta de geometrías complejas, en la figura 3.3, se puede apreciar

la geometría de un modelo poligonal con superficies complejas.

20

Figura 3. 3 Modelo CAD con superficie compleja. (Vinesh y Fernándes, 2008)

El modelo STL es importado dentro del software CAÍ, el cual automáticamente permite

a los ingenieros alinear y comparar el modelo STL con el archivo original CAD para

determinar exactamente las variaciones en la geometría y para analizar como pueden

impactar las desviaciones en la funcionalidad de la parte. Las desviaciones se pueden

apreciar en un reporte que te muestra una variedad de colores donde se analiza las

tolerancias o dimensiones actuales de la parte. Ver figura 3.4, para el análisis de colores

y figura 3.5 para ver un ejemplo del reporte. El reporte final puede ser entregado en

formato HTML o PDF. Una reproducción de estas últimas figuras se muestran en la

sección de color en página 219-230 del artículo original (Vinesh y Fernándes et al.

2008).

21

Figura 3. 4 Resultado de inspección por software. (Vinesh y Fernándes, 2008)

Figura 3. 5 Reporte final de inspección. (Vinesh y Fernándes, 2008)

22

En el condensado del artículo de Vinesh y Fernándes (2008), muestra el procedimiento

general para la inspección de partes con un escáner ópitco y para el análisis final que se

realiza con el reporte entregado por el software de inspección. Con esto, se sustenta la

utilidad del método de inspección de últma generación lo cual viene remplanzando los

métodos tradicionales de inspección en 2-D.

Resaltando nuevamente la principal ventaja de este tipo de inspección, la cual es la

medición de superficies complejas que se realiza midiendo el error y haciendo un

comparativo de la nube de puntos capturada por el escáner respecto a modelo CAD

original. Dicha ventaja da como resultado la mejora en la calidad de partes para formado

de hojas de metal, hablando de aplicaciones de la industria automotriz. Además brinda

la detección de pequeños defectos en superficies complejas que antes no se podrían

detectar con los métodos tradicionales como la máquina CMM.

Otra ventaja que se muestra para los diseños que tienen superficies complejas, es la

posibilidad de crear un modelo CAD de la parte física, para después tener la posibilidad

de realizar pruebas de elemento finito. Por ejemplo, en el diseño de alabes para turbinas

o para la industria aeroespacial, es importante esta aplicación ya que se obtienen los

modelos de piezas físicas en algún formato CAD, para después ser evaluados en algún

software de elemento finito para evaluar propiedades de interés, brindando la ventaja de

reducir el costo de las pruebas significativamente, y obteniendo resultados similares a la

realidad.

La inspección del producto es muy importante para cualquier planta de manufactura, y

más para las empresas que tienen partes con superficies complejas como por ejemplo las

plantas de centrales eléctricas, las cuales usan máquinas para la inspección de sus

productos más avanzados que otras plantas.

23

La inspección con escáner óptico sin contacto es muy requerida en estos últimos años, y

su implementación no es lo más importante actualmente, ya que se requiere ahora la

implementación automática de ellos, para mejorar tiempos y la metodología en la

inspección de partes.

Haciendo un pequeño apartado, la diferencia de un escáner óptico y el láser, es en la

precisión de los datos obtenidos como también en la diferencia de tiempos para la toma

de datos, donde el escáner óptico es mejor que el láser, y debido a eso tiene más

participación en las aplicaciones de la industria. Pero de cualquier manera el escáner

láser tiene muchas aplicaciones y uso debido a su bajo costo, o que tiene menor costo

que el escáner óptico.

Se tienen casos de inspección con escáner óptico con robots autómonos que cada vez

más son usados para ejecutar la inspección por varias razones:

• Tareas automáticas o semiautomáticas, con más rápida ejecución, gran precisión.

• Zonas de difícil acceso y rápida evaluación global.

• Sólo para mantener un exacto historial de la misma posición de la medición

(Caprari, Breitenmoser, Fischer, Hurzeler, Tache y Siegwart et al. 2012).

Los robots están diseñados para las diferentes aplicaciones que se tienen, por ejemplo

existen robots autónomos de inspección para lugares peligrosos o tóxicos (Wang et al.

2011) donde los operadores no pueden estar, lo cual hace necesario la aplicación de

tecnologías automatizadas para el correcto funcionamiento de la operación.

Otra aplicación se encuentra en la empresa ALSTOM, donde se tienen aplicaciones de

robots de acuerdo al tipo de producto, porque se manejan productos de un tamaño

24

pequeño, de centímetros, hasta productos de más de 20 metros de volumen (Caprari,

Breitenmoser, Fischer, Hurzeler, Tache y Siegwart et al. 2012).

Un robot utilizado en la empresa ALSTOM es el MagneBike, el cual es un robot con

dos ruedas especiales hechas de magnetos, las cuales se pegan en la pieza tubular que se

esta inspeccionando, como podemos ver su aplicación en la figura 3.6 (Caprari et al.

2012).

Figura 3. 6 Robot autónomo MagneBike. (Caprari et al. 2012)

De acuerdo a Caprari et al. (2012), el tiempo de barrido que el escáner realiza para la

toma de datos, tiene relación directa con la medida del error en los datos capturados,

esta mención es porque el robot escanea parte de la pieza cada cierta distancia, o cada

cierto tiempo, y las diferencias del porcentaje de error contra la distancia en cada punto

de escaneo, donde se puede apreciar en la figura 3.7.

25

100

Transiciones

interiores

(esquinascóncavas)

Transiciones

exteriores

íbordes

convexos]

Combinacio

nes

Tamaño y

otros

criterios

fei--Ufítrn

®

LÍOsaat

H*J>M

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Cotude

pintari

A

\ys

tf-«*5C

Por ejemplo, la pieza muestra puede tener superficies de paredes a 90 grados, donde va a

ser muy complicado que el escáner pueda identificar el siguiente punto objetivo para

ubicar de forma adecuada la pieza muestra.

Se tiene que resaltar que la información anterior es adicional, solo para proporcionar

más información al trabajo futuro que podría llevarse sobre las trayectorias y su control.

Agregando también la importancia de localizar la posición del efector final y los

actuadores del robot para la posible implementación en líneas de producción del

proyecto, se encuentra suficiente literatura para el cálculo de la cinemática directa o

indirecta (Kendricks, 2007), existiendo diferentes metodologías (Cardona, 2009).

Ahora, las aplicaciones donde se involucran robots autónomos, brazos robots, o

diversos, son muy extensas y se ha ido incrementando su utilidad por las grandes

ventajas que ellos brindan a la aplicación, como manipuladores llamados "snake arm

robots", donde se necesitan en varios campos del espacio, energía, o campos de la

medicina, para realizar tareas que usualmente no son alcanzables por humanos (Perrot et

al. 2011).

Por ejemplo, los manipuladores podrían ser usados en la inspección, mantenimiento o en

tareas seguras en sitios nucleares, bajo condiciones de operación muy peligrosas.

Referente al proyecto, los robots para inspección se empezaron a introducirse en los

últimos años de 1990's donde AREVA NC expresó la necesidad de encargarse de la

tarea de inspección de su celda caliente y ligeras intervenciones con el manipulador

(Perrot et al. 2011).

Muchas aplicaciones de los robots involucran cámaras de visión, las cuales son

utilizadas principalmente para poder tener acceso espacios muy reducidos o lugares con

28

muy poca luz, aunque también pueden portar cámaras para poder escanear los lugares

para tener medidos los espacios de trabajo, o solo para poder monitoriar lo que sea

necesario, ver figura 3.9, donde se muestra el control y monitoreo en 3D de un robot.

Figura 3. 9 Control y monitoreo de un robot en 3D. (Perrot et al. 2011)

Otro tipo de inspección que ha surgido también en los últimos años, el cual es llamado

AMVI (Automated inspection detect flaws), ha sido desarrollado para que

automáticamente detecte defectos en objetos o piezas manufacturadas (Carrasco & Mery

et al. 2007). Adicionalmente existen máquinas de visión, las cuales se utilizan como

inspección dentro de líneas de manufactura que también utilizan cámaras ópticas

(Mehran, 2010).

La principal idea de esta estrategia es desechar los ruidos que aparecen aleatoriamente

en imágenes, solamente que permanezcan los defectos estables en una secuencia de

imágenes y que ellos permanezcan en su posición relativa al movimiento del objeto a ser

analizado. (Carrasco & Mery et al. 2007).

Aunque la principal desventaja de la nueva investigación es que carece de precisión en

su desempeño cuando no hay un balance entre defectos no detectados y falsas alarmas,

esto es cuando se tiene aplicaciones industriales con mucho ruido. Pero, en el artículo

29

de Carrasco y Mery (2007), se explica el desarrollo de una nueva metodología para

detectar defectos automáticamente haciendo uso del potencial de las múltiples imágenes

llamadas AMVI.

Respecto a la calibración del escáner con el brazo robot, es importante que el efector

final del robot este correctamente calibrado, para no perder el punto de referencia

inicial, el cual es importante para la localización de la tabla de objetivos para calibrar;

para atacar estos problemas es posible seguir otra línea de investigación para mejorar la

precisión de la posición del manipulador, utilizando métodos similares a como menciona

Omodei (2000) en su artículo.

3.1 Síntesis de bibliografía más relevante respecto aplicaciones del escáner

En el artículo de Duffuaa et al. 2002, menciona argumentos de la importancia dela cantidad de inspecciones que se tiene que realizar para reducir costos demanufactura en un mininmo, por medio de un algoritmo propuesto, dondeprincipalmente tiene impacto en aplicaciones de manufactura con gransensibilidad en fallos, como en industria aeroespacial, plantas nucleares etc.

La aportación del articulo hacia el proyecto se enfoca en resaltar la importancia del

aseguramiento de la calidad en la industria, además de aportar ideas para un análisis

profundo del impacto que resulta al aceptar componentes defectuosos y el manejo del

porcentaje de error del método de inspección.

La información que no es necesario utilizar como aportación es el algoritmo propuesto

en el artículo científico, ya que no se va a desarrollar algo similar.

30

En el artículo Garcia et al. 2008, aporta nuevas metodologías para reducirel tiempo de reconfiguración de inspección visual, a través de algoritmosreconfigurables.

Las nuevas metodologías aportan la imporancia de para reconfigurar con facilidad la

inspección visual de productos, por lo tanto proporciona soporte adicional al proyecto

porque resalta como punto imporante la disminución de tiempo de estaciones de

inspección visual para el trabajo futuro, lo cual es una característica similar de la

inspección con el brazo robot, ya que tiene la flexibilidad en la reconfiguración de la

inspección para diferente productos, y por consecuente una disminución de tiempo

respecto los métodos de inspección visual tradicionales como se menciona en el artículo.

Se descarta la información del algoritmo expuesta, porque no se esta manejando el

mismo método de inspección visual.

• Rhoades at al. 2011. El artículo de Rhoades muestra una aplicaciónprincipal de la ingeniería inversa a través de un escáner óptico sincontacto llamado ATOS (Advanced Topometric Sensor), la cual es latécnica de metrología óptica en 3D, que es ha ido mencionado en eldesarrollo del estado del arte como una parte importante y justificacióndel proyecto. El enfoque del artículo es hacia la caracterización del errorque se obtiene al capturar la nube de puntos cuando se escánea un objeto,y propone una modelo para disminuir el dicho error.

Una de las aportaciones primordiales del artículo es la información proporcionada del

procedimiento para capturar la nube de puntos y preparar el archivo CAD para

inspeccionar el producto físico contra su modelo CAD original. Agregando la

importancia de este método de inspección visual a través del escáner sin contacto, en

este caso el óptico. Este tema podría ser utilizado para futuros trabajos.

31

La argumentos principales del archivo no son validos para el presente proyecto porque

el enfoque no es hacia el mejoramiento del error acumulado en la nube de puntos

capturada.

• Shi, 2008. Los sistemas de inspección de calidad en la industria de lamanufactura son muy importantes, principalmente en la industriaautomotriz, porque conforme transcurren los años la industria es másexigente y requiere de productos casi perfectos. Los métodostradicionales de inspección en 2D, generalmente CMM (CoordínateMeasurement Machine), son muy utilizados pero tienen la desventajas deinspeccionar superficies en 3D, y se encuentran con más dificultadescuando el requerimiento de las superficies es sin ralladuras, lo cualutilizando la CMM no es recomendado por tener la posibilidad de dañarel producto. Tal razón, es un importante motivo para utilizar métodos deinspección sin contacto en 3D.

El artículo menciona la importancia, y resalta el impacto positivo del método de

inspección con escáner sin contacto mediante un brazo robot respecto a los métodos

tradicionales de inspección. La información adicional que adicionan argumentos de la

utilidad del aseguramiento de la calidad en la industria manufacturara se utiliza en el

proyecto, como respaldo para justificación del método de inspección en desarrollo en

futuros trabajos.

La parte a descartar es la información específica de los sistemas de inspección utilizados

por el autor del artículo, porque no se maneja en el proyecto.

32

A continuación se resaltan los artículos que aportan argumentos relevantes en las

diferentes aplicaciones del escáner láser en la tabla 3.1.

Tabla 3. 1 Bibliografía con aportación relevante al proyecto.

Autor/Título Fundamentos / Apoyo para proyecto

Información no

relevante para el

proyecto

Vinesh 2008.

Reverse

Engineering in

the Automotive

Industry.

El artículo menciona las ventajas de la ingeniería inversa, y el uso del

escáner láser u óptico con aplicación a la industria automotriz. Muestra

referencias en aplicaciones relevantes de automóviles de carreras y la

ayuda que ha brindado el uso de la ingeniería inversa.

Explica la inspección de piezas mediante un escáner óptico y los

resultados que se obtiene después de barrer una pieza, como el uso de los

resultados obtenidos.

La información del artículo es de utilidad al proyecto de manera que

proporciona fundamentos de las ventajas de escaneado de algún producto

en comparación con la inspección tradicional que se maneja en la mayoría

de las industrias, como el CMM y el OGP. Además el aporte del diagrama

de flujo para la inspección de partes por me dio de escáner óptico y la

interacción del software para completar reportes de inspección, lo cual es

relevante para futuros trabajos.

Las aplicaciones en la

industria automotriz

como la ingeniería, no

son utilizables como

información relevante.

Caprari et al.

2012. Highly

Compact Robots

for inspection of

Power Plants

Se menciona la metodología de inspección de cuatro prototipos de robots

para inspeccionar productos de diferentes entornos de una planta central

eléctrica. Explica cuatro temas importantes para robots de inspección

como son la adhesión, movimiento, localización y sistema de integración.

También hace referencia a resultados en el escaneado de un producto a

cierta velocidad de barrido y el porcentaje de error de inspección.

Las trayectorias

explicadas en el

artículo no son de

utilidad al proyecto ya

que el robot no es

autónomo. Además de

la información de los

33

Autor/Título Fundamentos / Apoyo para proyecto

Información no

relevante para el

proyecto

La información del artículo es relevante porque muestra las ventajas de

tener un buen control en los movimientos del robot, junto con los sistemas

de integración de diferentes componentes, lo cual se tomará en cuenta en

futuros trabajos referentes al tema. Es interesante las gráficas que muestra

el artículo al intentar escanear una pieza a diferentes velocidades, es decir

el barrido del escenario fue desde una distancia corta hasta una cada vez

más larga, y nos muestra el error ocasionando al intentar escanear más

rápido.

robots autónomos.

Fang 2002.

Inverse Velocity

and Singularity

Analysis of Low-

DOF Serial

Manipulators.

(Fang et al. 2002)

El artículo proporciona una introducción en el conocimiento de trayectoria

del manipulador de un robot de menos de 6 grados de libertar, ya que

mapea las velocidad del manipulador del robot e "introduce matrices

Jacobianas, las cuales aportan información relevante a futuros proyectos

para el desarrollo en la definición de trayectorias.

Gran parte de la

información no se

podrá utilizar debido

que manejan ejemplos

de robots de menos de

6 grados de libertad.

3.2 Diseño de producto

Un aspecto importante y fundamental es la creación del sujetador para poder unir el

escáner al robot Kuka y de alguna manera controlar el escáner mediante un mecanismo

para accionar el botón que permita empezar el escaneado, ya que el escáner no permite

controlar el disparo para empezar el escaneo de forma automática desde una

computadora.

34

Un fixture, es la palabra en inglés del sujetador, y según Wang y Rong (2008) es

diseñado para posicionar y sostener una o más piezas dentro de ciertas especificaciones.

Generalmente, hay cuatro principales etapas dentro del proceso de diseño del fixture, la

primera es la planeación de la configuración, planeación del fixture, diseño de la unidad

del fixture y la verificación.

La planeación de la configuración determina el número de configuraciones requeridas

para realizar todo el proceso de manufactura, la tarea para cada configuración, la

continuación del proceso de manufactura y la pieza de trabajo, orientación y posición de

la pieza de trabajo. Una configuración representa la combinación de procesos que sean

realizados con la pieza de trabajo para una sola herramienta de la máquina sin tener que

cambiar la posición y orientación de la pieza manualmente.

En la planeación del fixture, las superficies son identificadas, es decir, donde los puntos

de asentamiento y aseguramiento deben de actuar son identificadas. El número y

posición de cada punto de seguramiento de la pieza de trabajo es de acuerdo a una

adecuada restricción durante el proceso de manufactura.

La tercera etapa del diseño del fixture, las unidades adecuadas son generadas, y durante

la etapa de verificación, el diseño es probado para asegurar que todos los requerimientos

de la pieza de trabajo queden cubiertos.

Dentro de la etapa del diseño también tiene que verificar que se considere los costos del

fixture, peso, tiempo de ensamble, tiempo de carga y descarga de la pieza de trabajo.

Aunque en el artículo (Wang y Rong, 2008) se habla del fixture de un centro de

maquinado, ésta información aplica de igual manera para el sujetador del presente

proyecto, ya que este debe de alojar al escáner y brindar seguridad al aparato.

35

1

A través de la literatura (Clevenger et al. 2013), se incluyen referencias que soporten el

diseño del sujetador en base a estrategias de toma de decisión para seleccionar la mejor

opción de diseño, teniendo en cuenta las restricciones como dimensionamiento, espacio,

volumen y peso.

Clevenger y otros (2013) mencionan que existen estrategias de diseño, por ejemplo de

Phadke y Taguchi (1987) que hablan de radios de señal a ruido que han sido utilizadas

para evaluar la robustez de un diseño desafiante, pero con un enfoque para evaluar

dimensiones de un proceso individual de diseño. Por lo tanto lo que proponen es un

nuevo método para el proceso de diseño llamado DEAM (Design Exploration

Assessment methodology) que puede contribuir a la mejora del proceso del diseño, lo

cual contribuye al proyecto a tratar de manera de explorar las opciones de diseño a

través de los objetivos, alternativas e impacto.

El diseño PSS (Product-service systems), es una metodología no muy explorada, pero

existen métodos con modelos maduros de diseño PSS (Vasantha et al. 2012) que tienen

un enfoque en tres dimensiones: procesos de diseño para integrar productos y servicios,

definiciones de nuevas terminologías y consideraciones de planeación y fases del ciclo

de vida de diseño, lo cual aporta el proyecto el enfoque hacia otros objetivos en el

diseño del sujetador, principalmente hacia el ciclo de vida de diseño.

Dentro de la literatura, referente a la toma de decisión para el diseño, el cual fue de

interés para conocer que método es mejor, uno intuitivo o uno lógico (Chulvi et al.

2012). Menciona que la creatividad ha sido estudiada desde varios puntos de vista e

incluye, factores que motivan la innovación de producto (Francis et al. 2005), el perfil

de la creatividad individual (Nappier et al. 2006), y la solución de problemas creativos

(Rivera et al. 2010). Así mencionan que como resultado de estos estudios, numerosas

contribuciones han desarrollado técnicas para la creatividad y métodos para evaluar la

36

creatividad de resultados. Las metodologías utilizadas en el artículo (Chulvi et al. 2012),

fueron el TRIZ y el SCAMPER (Eberle 1996) como principales, el último siendo un

método intuitivo, donde los resultados mostraron que el TRIZ, el método lógico, obtuvo

mejores soluciones que el SCAMPER, pero ambos métodos producen alternativas de

soluciones de utilidad, y el método intuitivo de lluvia de ideas produce una solución con

más innovación que el TRIZ y SCAMPER, pero fue el método con menor utilidad que

los antes mencionados.

El proceso de creatividad está asociado con la generación de ideas que facilita la síntesis

de las propuestas de diseño; mientras los procesos analíticos están relacionados a la

calidad del diseño a través del cumplimiento de la especificación de diseño (Chulvi et al.

2012). Dentro de los métodos creativos, los intuitivos, son divergentes y fácil de

aprender y dependen de la inspiración para la generación de ideas, en contraste, los

métodos lógicos son convergentes y son usados para generar nuevas soluciones de

diseño del conocimiento que fue recopilado por otras personas.

Otro tema fundamental es la sustentabilidad en el diseño, ya que es importante pensar en

puntos importantes del tema a la hora de empezar a diseñar. Los tres principios

importantes de la sustentabilidad son la ecología, economía y la ética (Dogan, 2007), los

cuales se deben de tomar en cuenta considerando un replantamiento fundamental y

restructuración del diseño del producto, producción y el uso después de producción.

El desarrollo sustentable puede ser entendido como el avance simultaneo de la

administración del medio ambiente, la responsabilidad social y la viabilidad económica

(Dogan, 2007).

Siendo lo último el mayor impacto que se tiene pensando en la sustentabilidad, ya que

no es costoso la mayoría de las tecnologías que protegen el medio ambiente y la

37

aplicación de ésta a la hora de diseñar. Pero es importante tomarla en cuenta durante el

desarrollo del diseño del producto principalmente.

Al pensar en como aplicar el concepto de sustentabilidad en el diseño, enfocando el

pensamiento al medio ambiente, se debe de tomar en cuenta los siguiente puntos:

• Hacer efectivo el uso de recursos.

• Habilitar las reparaciones.

• Habilitar el reuso.

• Mantenimiento del producto.

Para hacer uso efectivo de los recursos, se debe de minimizar el material a usar durante

el diseño, ocupando el mínimo volumen necesario para la correcta funcionalidad del

producto.

Al pensar en las reparaciones en el diseño, se debe de adicionar los detalles necesarios al

modelo CAD, el cual permita la correcta reparación del producto, a bajo costo y

tomando en cuante el uso mínimo de material para reparación.

También, se debe de adicionar, si es posible, el reuso de las piezas. Principalmente

tomando en cuenta en no diseñar piezas grandes, las cuales generan gastos altos de

material al cambiar las piezas en reparación, si no que permitan un reuso en la mayoría

de las piezas, y solo cambiar una pieza o solo una mínima cantidad de piezas durante la

reparación, lo cual impacta directamente en la sustentabilidad del medio ambiente.

Durante el diseño, se debe de diseñar las piezas de manera que el mantenimiento sea de

forma sencilla y rápida, lo cual aumentará en gran parte la productividad del productlo,

al disminuir el tiempo de mantenimiento.

38

Dentro del campo del diseño, existe una herramienta ú.,1 la cual es el DFMA (EmmattyySarmah, 2012), Design for manufacturing and assembly. El DFMA simplifica eldiseño del producto al mínimo posible, estandariza materiales, además del proceso demanufactura. También ahorra tiempo de diseño usando partes comunes estándar, yreusando detalles de diseños previos que se tenga disponible, oun diseño modular, elcual es una parte del diseño que comparte más de una parte con diferente funcionalidad,facilitando así la manufactura de las piezas.

Además se ha desarrollado otro método similar al DFMA, el cual es el diseño basado aplataforma (Emmatty ySarmah, 2012), el cual hace la arquitectura del producto másmodular. Un modulo es un componente o subensamble que puede ser intercambiabledentro de una arquitectura del producto para producir una variedad de productossimilares. Los productos modulares son maquinas, ensambles y componentes quecumplan con varias funciones completas a través de la combinación de distintasunidades funcionales.

Son importantes estos conceptos debido aque es recomendable diseñar partes similarespero con distintas funciones para que la manufactura de la pieza sea sencilla orepetitiva,ysimplifique el tiempo yel costo de la misma. Esto tendrá un impacto al proyecto demanera que la manufactura oel diseño del código del maquinado de las piezas delsujetador sea fácil de realizar yen corto tiempo.

Las ventajas de realizar diseños modulares son las siguientes.

• Económico en escala.

. Incrementa la factibilidad del cambio de componente del producto.

• Incrementa la variedad de productos

• Reduce la orden de tiempo respuesta.

• Reduce la reproducción de diseños similares

. Fácil mantenimiento del producto, reparación ydisposición.

39

Estás ventajas son las más importantes del diseño modular, entre otras. Por otro lado la

aplicación de ésta durante las primeras etapas del diseño podría reducir el tiempo de

manufactura de los productos, y más si se pretende crear productos en forma masiva.

El DFM (Emmatty y Sarmah, 2012) esta ganando importancia dentro de las compañías

manufactureras porque virtualmente mejora la productividad sin ninguna inversión

adicional, además que provee una guía para la estandarización, selección de materia

prima, diseño de componente y de ensamble para la reducción del costo de manufactura

total.

La herramienta DFM ayuda a enfocar el diseño del producto a la simplifidad del mismo,

a la funcionalidad del producto, a un fácil mantenimiento y servicio, confiabilidad y

durabilidad del producto y al análisis del valor considerando el costo y calidad. Es

posible aplicarlo dentro del diagrama desarrollado para la creación del sujetador, y

estaría en los primeros pasos de la creación y diseño, asegurando su correcta aplicación

de cualquier diseño en desarrollo.

En el artículo de Leitner (2013), se habla del arte del diseño, donde se investiga las

distintas percepciones que tiene un diseñador, el cliente y un tercero neutral, el cual lo

coloca como un obervador. El observador se coloca para entender la relación que se

practica entre el diseñador y el cliente, con la intención de ser capaz de hacer

sugerencias preliminares para las mejores practicas para el diseñador. En general, se

observa que el cliente y el diseñador están mas alineados y ellos esperan y valoran,

especialmente cuando éste trae conocimiento, proceso y resultados, pero como es un

solo caso de estudio no se puede concluir en definitivo. Sin embargo, se encontró que el

diseñador cuando se da cuenta que no hay suficient tiempo para completar su nuevo

conocimiento para aplicación en el nuevo diseño, empieza a ver el valor de su intuición

basado en su conocimiento para crear su presentación final de diseño.

40

Con esto hace referencia que el método intuitivo para generación de ideas para nuevos

diseños es muy utilizado en contrario con los métodos lógicos (Chulvi et al. 2012),

debido a la reducción de tiempo que se genera, ya que el cliente siempre desea tener su

nuevo producto lo antes posible en el mercado.

Por otro lado, dentro de la justificación del proyecto se trabajó en un método

ergonómico que sirviera como un resultado preliminar del impactó que se tiene en el

proceso de calibración de escaneado en el lado ergonómico del proceso, por lo tanto, el

método que se utilizó fue el método Rula, el cual será explicado en el capítulo siguiente.

3.3 Método Rula

RULA (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993), rapid upper limb assessment, fue

desarrollado para investigar la exposición individual de trabajadores de acuerdo al factor

de riesgo asociado con la relación a los trastornos de extremidades superiores. Además

identifica el escuezo muscular asociado con la postura del trabajo a realizar, la fuerza

ejercida y el desempeño de un trabajo estático o repetitivo, el cual contribuye a la fatiga

muscular. El método RULA ha sido comparado con otros métodos (Diniz, 2006), y

resulta más beneficiosa su implementación para tareas donde se utiliza la parte superior

del cuerpo.

El estudio ergonómico usado para evaluar de forma rápida y eficiente el proceso de

escaneado en forma manual fue el método RULA, para obtener una justificación más

solida del nuevo proyecto, ya que es considerando como un tipo de evaluación

interesante que es muy usado (Móndelo et al. 1999). El método RULA consiste de

acuerdo a McAtammey y Nigel-Corlett (1993), en evaluar las posiciones más críticas de

los movimientos de algún proceso y transformar los datos adquiridos de acuerdo con

tablas obtenidas de estudios previos en puntos o cantidad numérica, el cual se usa para

poder obtener un resultado del proceso a ser evaluado.

41

El método Rula (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993) comienza por estudiar el proceso a

ser evaluado, identificando los movimientos más extremos. Una vez identificado los

movimientos más extremos se decide por evaluar un lado del cuerpo, ya sea el izquierdo

o el derecho, para después empezar por obtener los ángulos de trabajo por cada extremo

del cuerpo. Los extremos del cuerpo utilizados en el método son, el brazo, antebrazo,

muñeca, cuello, tronco y piernas.

El primer elemento a evaluar es el brazo, y una vez teniendo los grados del movimiento

del brazo que se emplea durante el proceso se le asigna un número de acuerdo a la figura

3.10.

+1

+2

-2CP ?ÍO +20° i > '2GP +20° to45* +45° to 90° 90*+

Figura 3.10 Evaluación del brazo. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993)

Al puntaje obtenido en la evaluación del brazo se modifica si los hombros los tiene

levantados o si los brazos están abducidos, se le aumenta un punto, o se le resta un punto

si los brazos están apoyados en algún soporte.

Para evaluar el antebrazo se registra el movimiento angular del antrebrazo durante el

proceso a ser evaluado y se le asigna un puntaje de acuerdo a la figura 3.11.

42

C\

+1

to 100a

Q

fOO°+0-60?

Figura 3.11 Evaluación de antebrazo. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993)

La puntuación del antebrazo se modifica aumentando un punto si el brazo está

trabajando en la mitad del cueipo o fuera del cuerpo, como se muestra en la figura 3.12.

+1 -^ ^+1

\ +1

\r

+1 /i /

Figura 3.12 Modificación del puntaje de antebrazo. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993)

El siguiente miembro del cuerpo a evaluar es el movimiento de la muñeca, el cual se

define el puntaje de acuerdo con la figura 3.13.

Figura 3.13 Evaluación de la muñeca. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993)

43

„

Al puntaje obtenido, es posible modificarlo aumentando un punto si existe una

desviación radial o cubital, como se muestra en la figura 3.14.

+1

Figura 3.14 Modificación en evaluación de la muñeca.

(McAtammey y Nigel-Corlett, 1993)

La evaluación con el método RULA divide al cuerpo en dos grupos, teniendo el grupo A

y B. Siendo el grupo A los miembros del brazo, antebrazo y muñeca. Y en el grupo B el

cuello, tronco y piernas.

Al término de evaluar los tres primeros miembros del cuerpo, se adiciona una

evaluación al giro de la muñeca. Otorgando un puntaje de una si el giro es en rango

medio del giro total permitido o un puntaje de dos si el giro es en rango extremo.

El puntaje obtenido se utiliza para seleccionar el puntaje en la evaluación general del

grupo A.

Con el puntaje de los miembros del grupo A, se obtiene un puntaje general de acuerdo a

la tabla 3.2.

44

Tabla 3. 2 Evaluación del grupo A. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993)

-,'

ffljKl

1 2 2 2 2 3 3 3

2 2 2 2 3 3 3 3

2 1 3 3 3 •9•J 4 4

2 3 3 3 3 4 4 4

3 3 3 4 4 4

3 4 4 4 4 4 5 5

3 3 4 4 4 4 5 5

"i

Adicionalmente se agrega un punto al puntaje del cuello si está rotado o inclinado.

Después se evalúa la inclinación del tronco del cuerpo, de acuerdo a la figura 3.16.

0" k¡ 10° O- to 20"

Figura 3.16 Evaluación del tronco. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993)

La evaluación del tronco se verá modificada en un punto si existe rotación en él o si hay

movimiento lateral, si ocurre los dos movimientos simultáneamente se incrementará en

dos puntos el valor final.

La puntación de las piernas se realiza de la siguiente manera: se asigna un punto si se

está de pie y las piernas están bien apoyadas y simétricamente distribuidas en peso, y si

hay espacio suficiente para moverlas de lugar, o si se tiene una postura sentada. Se le

asigan la puntuación de dos si los pies no están bien apoyados o si el peso en las piernas

no esta simétricamente distribuido.

Cuando se tiene el valor de todos los miembros del grupo B se obtiene un resultado

general de acuerdo a la tabla 3.3.

46

Tabla 3. 3 Evaluación del grupo B. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993)

1 3 2 3 3 4 5 5 6 6 7 j

7 3 2 3 4 5 5 5 6 7 7 7

.•••-í 3 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 7

•:s 5 5 5 6 6 7 7 7 7 7 8 8

!•: 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8

< o 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9

Las puntuaciones del grupo A y B se verán modificadas de acuerdo al tipo de actividad

muscular desarrollada y la fuerza o carga aplicada, convirtiendo el resultado en grupo C

y D sucecivamente.

Si la actividad a desarrollar es estática o se mantiene la postura analizada por más de un

minuto o la actividad es repetitiva (Se repite la activada más de 4 veces cada minuto), se

incremente el valor general de A y B en un punto. Si la actividad es poco frecuente,

ocasional y no repetitiva, ésta no se verá modificada. Además es posible incrementar en

más de un punto dependiendo de la carga aplicada, de acuerdo a la tabla 3.4.

Tabla 3. 4 Modificación al puntaje de acuerdo a la actividad muscular y fuerza ejercida.

(McAtammey y Nigel-Corlett, 1993)

si la carga o fuerza es menor de 2 Kg. y serealiza infermíentemenie.

si b carga o fuerza está entre 2 y 10 Kg.y selevanta intermitente.

si la carga o fuerza está entre 2 y 10 Kg: y esestática a repetitiva.

si la carga o fuerza es intermitente y superior a

10 Kg

si la carga o fuerza es superior a tos 10 Kg., yes estática o repetitiva.

si se producen golpes o fuerzas bruscas o

repentinas.

47

Una vez teniendo los valores modificados, ahora llamados grupo C y D. Se obtiene un

valor final de acuerdo a la tabla 3.5.

Tabla 3. 5 Evaluación final. (McAtammey y Nigel-Corlett, 1993)

l|2|3|3|4|5|5• 2 2 3 4 4 5 5 1

3 3 3 4 4 5 6

lili ll lililí1 lllinl 3 3 3 4 5 6 6

111'" 1ll 1 4 4 4 5 6 7 7

PPmP^^^^HHR 4 4 5 6 6 7 75 5 6 6 7 7 7 -.

jgSM 5 5 6 7 7 7 7

Respecto al valor obtenido de la tabla de evaluación final, se interpreta el nivel de

actuación propuesto del método RULA. En dicha actuación propuesta el evaluador

actuará conforme a lo sugerido, de acuerdo a la tabla 3.6.

Tabla 3. 6 Niveles de actuación según la evaluación final. (McAtammey y Nigel-Corlett,

1993)

Cuando ia puntuación final es 1 ó 2 la postura es aceptable.

Cuando la puntuación final es 3 é 4 pueden requerirse cambios en la tarea;es conveniente profundizar en el estudio

La puntuación final es 5 ó 8. Se requiere ei rediseño de la tarea; esnecesario realizar actividades de investigación.

La puntuación final es 7. Se requieren cambios urgentes en el puesto otarea.

48

CAPITULO IV: METODOLOGÍA

La aportación principal en el desarrollo del proyecto es la parte tecnológica, la cual es el

diseño y creación del sujetador, desarrollando así una metodología específica para la

creación del sujetador y otra general para el desarrollo del proyecto. En términos

generales para poder alcanzar la calibración automática del escáner láser se siguió la

siguiente metodología, mostrada en la figura 4.1.

1. Etapa inicial

* Búsqueda del estado delarte.

* Creación del sujetador(Diseño y manufactura).

2. Etapa intermedia

* Experimentación concalibración manual y conrobot

* Creación de subrutina de

robot Kuka para calibraciónsemi-automática.

* Prueba y corrección deerrores en el código desubrutina.

3.Etapa final

* Pruebas del sistema de

calibración semi-

automática.

* Barrido de pieza muestra

Figura 4. 1 Metodología general del proyecto de investigación.

49

A continuación se resumen las etapas de la metodología general de investigación.

1. Etapa inicial.

En esta etapa se empieza la obtención de información base de las diferentes aplicaciones

relacionadas al proyecto, que se va a utilizar como apoyo y argumentos en el proyecto.

Además es la etapa principal y de más larga duración, donde se empieza con el

desarrollo conceptual del prototipo de sujetador para la integración del escáner láser con

el brazo robot. El diseño completo del sujetador se debe de terminar en esta etapa para

después continuar con la manufactura de los componentes a utilizar.

2. Etapa intermedia.

Empieza el manejo y funcionamiento completo del escáner láser para tener una mayor

comprensión del funcionamiento de éste, y a su vez comenzar con la experimentación

del escaneo manual y observación de las ventajas y desventajas. Además, desde este

punto se empieza con la interacción del robot en funcionamiento, para la programación

de la subrutina del robot, la cual va a calibrar el escáner de forma semi-automática, ya

que nos encontramos con la intervención de un operador para el arranque del mismo.

Se selecciona un método de desplazamiento durante la escritura de subrutina y así

comenzar la grabación del código en el software, para este caso el método más sencillo

es el desplazamiento de punto a punto, y al final se toma un tiempo para el

mejoramiento del tiempo de calibración, hasta alcanzar un objetivo deseado.

3. Etapa final.

Por último y siendo la etapa más corta, se determina el tiempo de calibración final

conseguido después de la corrección y mejoramiento de la subrutina. Incluyendo la

50

demostración de escaneo de una pieza ejemplo, para comprobar la utilidad en el barrido

de piezas con el escáner láser.

A continuación se presentan los puntos a detalle de cada etapa de la metodología

general.

• Búsqueda del estado del arte.

Durante el proyecto desde el inicio y a lo largo de éste, se realizan diferentes búsquedas

de información, enfocándose en la búsqueda de diseños y/o aplicaciones similares al

proyecto que aporten el desarrollo del producto (el sujetador), y sustenten la

justificación del proyecto e impacto en la industria de hoy. Además de incrementar la

información para el marco teórico acerca de las aplicaciones de los robots de inspección,

métodos tradicionales de inspección, trayectorias de un robot, etc., tratando de encontrar

todo lo relacionado a las principales aplicaciones del escáner láser, como lo son la

ingeniería inversa, o método de inspección con un escáner sin contacto.

• Creación de