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PROYECTO TÉCNICO-ECONÓMICO DE UTILIZACIÓN DE TÉCNICAS DEINGENIERÍA INVERSA Y PROTOTIPADO RÁPIDO APLICADAS AL REDISEÑO Y

MEJORA DE PRODUCTOS

Luis Gómez Martínez Proyecto Fin de Carrera1

PROYECTO TÉCNICO-ECONÓMICO DEUTILIZACIÓN DE TÉCNICAS DE INGENIERÍA

INVERSA Y PROTOTIPADO RÁPIDO APLICADASAL REDISEÑO Y MEJORA DE PRODUCTOS

Autor: Luis Gómez Martínez

Director: Silvia Fernández Villamarín

Madrid

Agosto 2012


MEJORA DE PRODUCTOS


RESUMEN DEL PROYECTO

El objetivo del presente proyecto es determinar si es posible, por medio de la

digitalización 3D y el prototipado rápido, la fabricación de un rodete que esté

capacitado para soportar unas pruebas de funcionalidad en cuanto a un determinado

caudal de fluido se refiere.

Posteriormente, se trató de afirmar si con las tecnologías anteriormente comentadas, se

puede proceder al rediseño de la geometría compleja del rodete, sin necesidad del

empleo de los procesos de rediseño de rodetes tradicionales, posibilitando así una

reducción de los costes y los tiempos de fabricación.

Para ello se recurrió a la obtención de un rodete prototipado por medio del uso de la

Ingeniería inversa, a partir de uno ya existente del que no se disponían planos ni

indicaciones acerca de la complejidad de su geometría.

El proyecto se llevó a cabo conforme al siguiente orden, primero se realizó el escaneado

en 3D del rodete por medio del uso del Brazo Faro Laser ScanArm, el cual manda la

información de los puntos libres captados en el espacio a un ordenador conectado a éste.

Segundo, se usó del software “Geomagic Studio 2012”, que permite la transformación

de dichos puntos libres en datos CAD 3D y datos paramétricos, permitiendo su manejo

y modificación.

Tercero se procedió al completamiento del modelo 3D por medio de los softwares

interfaz “CATIA” Y “Solid Edge”.

La etapa final consistió en el prototipado del modelo por medio de una máquina de

prototipado rápido y su software correspondiente en material de soporte y material

ABS, ambos polímeros. Se lanzaron dos prototipos, uno de ellos fue sumergido en un

compuesto impermeabilizante denominado butanona.

A la hora de realizar las pruebas de funcionalidad se estableció como ámbito de trabajo,

el centro de mecanizado del Departamento de Mecánica de ICAI, en el cual era usada la

bomba con el rodete original en su interior.


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Se procedió a calcular el tiempo que tardaban ambos rodetes, con butanona y sin ella, en

desplazar cierta cantidad de fluido y se contrastaron los resultados.

Una vez desarrollado todo el proyecto y terminados los cálculos, se redactó una

memoria en la que se recogen de forma ordenada y detallada dichos resultados.

Posteriormente se realizó el presupuesto con la ayuda de catálogos, datos técnicos y

precios de los diferentes componentes seleccionados.

Además, se redactó el pliego de condiciones técnicas y particulares que comprende un

minucioso análisis del proyecto, elemento por elemento, para definir los métodos y

condiciones que debe cumplir la ejecución de la instalación en cada una de sus fases.

Finalmente destacar que el presupuesto para el presente proyecto es 2883,24€.


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SUMMARY OF PROJECT

The aim of this project is to determine if possible, by 3D scanning and rapid prototyping

manufacturing a rotor that is able to withstand a functionality test as to a particular fluid

flow rate refers.

Subsequently, it was say if the technologies mentioned above, It’s possible to proceed to

the redesign of the complex geometry of the impeller, without the use of processes

redesign traditional impellers, thus enabling a reduction of costs and production times.

This was done to obtain a prototype impeller through the use of reverse engineering

from an existing one which is not available to plans or indication of the complexity of

his geometry.

The project was carried out in the following order, first performed 3D scanning impeller

by using Faro Arm Laser ScanArm, which sends the information to the points raised in

free space to a computer connected to it. Second, we used the software "Geomagic

Studio 2012", which allows the processing of those free points on 3D CAD data and

parametric data, allowing management and modification.

Third proceeded to completion of the 3D model using the software interface "CATIA" y

"Solid Edge".

The final step was to model prototyping using a rapid prototyping machine and his

corresponding software support material and material ABS, both polymers. They

released two prototypes, one of which was submerged in a waterproofing compound

called butanone.

When functional testing was established as a work area, the machining center,

Department of Mechanics ICAI, which was used in the pump with the original impeller

inside.

We proceeded to calculate the time it took both impellers, with butanone and without it,

in a certain amount of fluid shift and the results were compared.

Once developed the entire project and the calculations are completed, a report was

drawn up in which are collected in an organized and detailed those results.


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Budget was subsequently performed with the help of catalogs, technical data and prices

of the different components selected.

Furthermore, drafted the technical specifications and individuals comprising a thorough

analysis of the project, element by element, to define the methods and conditions to be

met by running the installation in each of his phases.

Finally note that the budget for this project is 2,883.24€.


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Capítulo 1.Memoria

En este capítulo se introduce el estado de las artes referentes

al ciclo de vida de un producto, la ingeniería inversa, el desarrollo y las conclusiones


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ÍNDICE GENERAL

Pág.

1.1.- MEMORIA DESCRIPTIVA 101.2.- CÁLCULOS 1721.3.- CONCLUSIONES Y LÍNEAS DE FUTURO 179


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ÍNDICE

PÁGINAS

1.1.- MEMORIA DESCRIPTIVA..................................................................................151.1.1.- Finalidad del proyecto...............................................................................15

1.1.1.1.- Introducción..........................................................................................15

1.1.2.- Ciclo de vida de un producto....................................................................151.1.2.1.- Introducción..........................................................................................17

1.1.2.2.- Crecimiento..........................................................................................18

1.1.2.3.- Madurez ...............................................................................................19

1.1.2.4.- Declinación ..........................................................................................20

1.1.2.5.- Relación con la Ingeniería Inversa .......................................................22

1.1.3.- Definición de Ingeniería Inversa ...............................................................291.1.4.- Diferencia entre la Ingeniería Inversa y la Ingeniería Tradicional ..........301.1.5.- Ingeniería inversa y su relación con los sistemas CAD..........................321.1.6.- Sectores de aplicación de la Ingeniería Inversa ......................................32

1.1.6.1.- Campo paleontológico..........................................................................32

1.1.6.2.- Automovilismo/transporte.....................................................................36

1.1.6.3.- Campo médico .....................................................................................43

1.1.6.4.- Campo aeroespacial ............................................................................46

1.1.6.5.- Campo energético................................................................................52

1.1.6.6.- Investigación y desarrollo .....................................................................53

1.1.6.7.- Control de calidad ................................................................................55

1.1.6.8.- Campo del modelado para inspección..................................................60

1.1.6.9.- Campo de la Reutilización....................................................................61

1.1.7.- La ingeniería inversa y los procesos de digitalización en 3D ................621.1.7.1.- Digitalización por contacto....................................................................63

1.1.7.2.- Digitalización sin contacto ....................................................................87

1.1.7.3.- Compendio comparativo de las diferentes tecnologías.......................113

1.1.7.4.- La clave del éxito de la Ingeniería Inversa..........................................114


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1.1.8.- Memoria del equipo utilizado..................................................................1151.1.8.1.- Instrumentación y útiles......................................................................115

1.1.8.2.- Brazo FARO Laser ScanArm .............................................................124

1.1.8.3.- Geomagic...........................................................................................130

1.1.9.- Metodología / Desarrollo del proyecto ...................................................1391.1.9.1.- Manejo del brazo................................................................................139

1.1.9.2.- Manejo del programa Geomagic Studio .............................................142

1.1.9.3.- Manejo del programa “CATIA”............................................................165

1.1.9.4.- Manejo de la máquina de prototipado rápido y su programacorrespondiente ...............................................................................................168

1.1.9.5.- Ensayos con el centro de mecanizado ...............................................171

1.1.10.- Bibliografía.............................................................................................174


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ÍNDICE DE IMÁGENES

PÁGINAS

Imagen 1 Diseño. Ciclo de vida de un producto 16Imagen 2 Ciclo de vida de un producto 17Imagen 3 Introducción. Ciclo de vida de un producto 18Imagen 4 Crecimiento. Ciclo de vida de un producto 19Imagen 5 Madurez. Ciclo de vida de un producto 20Imagen 6 Declinación. Ciclo de vida de un producto 21Imagen 7 Administración Ciclo Vida Producto 22Imagen 8 Evolución Cronológica Prototipado Rápido 23Imagen 9 Diagrama de flujo de las fases del PR 24Imagen 10 Estereolitografía 25Imagen 11 Sinterización selectiva por laser 26Imagen 12 Deposición Hilo Fundido 26Imagen 13 Fabricación por corte y laminado 27Imagen 14 Obtención modelo STL de una tomografía axial computarizada. 28Imagen 15 Diagrama de Flujo Ingeniería Inversa 30Imagen 16 Ingeniería tradicional de un producto vs Ingeniería inversa 31Imagen 17 Proceso de digitalización de la vértebra dorsal de un hadrosaurio 33Imagen 18 Vértebra dorsal de un hadrosaurio original y digitalizada 34Imagen 19 Desarrollo del embalaje 35Imagen 20 Automovilismo/transporte 36Imagen 21 Desarrollo Asiento Autobuses Volvo 37Imagen 22 Modelo de desarrollo Asiento Autobuses Volvo 38Imagen 23 Desarrollo Asiento Ingeniería Inversa 39Imagen 24 Automovilismo/transporte. Solución Postventa 40Imagen 25 Automovilismo/transporte 40Imagen 26 La ingeniería inversa devuelve y el motor Hispano de seis cilindros 41Imagen 27 La ingeniería inversa devuelve y el motor Hispano de seis cilindros 42Imagen 28 Campo Medico 43Imagen 29 Escáner MetraSCAN 3D 44Imagen 30 Campo Medico 46Imagen 31 Sector aeroespacial 47Imagen 32 Sector aeroespacial 48Imagen 33 Sector aeroespacial 49Imagen 34 Sector aeroespacial 50Imagen 35 Sector aeroespacial 50Imagen 36 Sector aeroespacial 52Imagen 37 Generación de energía 52


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Imagen 38 Investigación y desarrollo 54Imagen 39 Investigación y desarrollo 55Imagen 40 Automovilismo/transporte. Inspección Artículos 56Imagen 41 Corrosión externa de las tuberías 57Imagen 42 Corrosión externa de las tuberías 57Imagen 43 Corrosión externa de las tuberías 58Imagen 44 Daño mecánico de las tuberías 59Imagen 45 Automovilismo/transporte. Inspección, Partes Formas Libres 59Imagen 46 Modelado en 3d para la inspección mediante antenas en fase 60Imagen 47 Métodos de fabricación relacionados con la ingeniería inversa 62Imagen 48 Ejemplo de Palpador Manual Punto a Punto 64Imagen 49 Máquina de Control Numérico 65Imagen 50 Coordenadas Palpador en Máquina CNC 66Imagen 51 Ejemplo de “lenguaje conversacional” 66Imagen 52 Ejemplo de complejidad geométrica 67Imagen 53 Máquina CNC de 6 ejes 68Imagen 54 Lenguaje “G” 68Imagen 55 Lenguaje “G” 69Imagen 56 Ejemplo Uso Máquina CNC 69Imagen 57 Máquinas Medidoras por Coordenadas 72Imagen 58 Configuraciones de una MMC 73Imagen 59 Disposición de los palpadores de un MMC 74Imagen 60 Obtención de los puntos de medida mediante palpado 74Imagen 61 Máquina de medición por coordenadas 76Imagen 62 Sistema de palpado 77Imagen 63 Cabezales de contacto 77Imagen 64 Encoders 79Imagen 65 Alineamientos de una MMC 80Imagen 66 Errores de guiado y efectos térmicos 82Imagen 67 Calibración de las MMC 83Imagen 68 Calibración de MMC 84Imagen 69 Diagrama de flujo de una MMC 85Imagen 70 Brazos Robots 86Imagen 71 Comparación Medición Convencional y Coordenada 87Imagen 72 Procedimiento de digitalización 89Imagen 73 Creación de una nube de puntos mediante digitalización láser 90Imagen 74 Digitalización de un balón de fútbol americano. 92Imagen 75 Digitalización mediante el software NextEngine 92Imagen 76 Digitalización Luz Blanca Estructurada 93Imagen 77 Digitalización Luz Blanca Estructurada 93Imagen 78 Modelo STL 94Imagen 79 Comparación Pieza y Modelo 94Imagen 80 Obtención Directa Modelo Finito 95Imagen 81 Obtención Modelo STL 95Imagen 82 Pieza a digitalizar 96Imagen 83 Selección del área y calibración del equipo 96Imagen 84 Pintado de pieza y ubicación de pegatinas 97


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Imagen 85 Digitalización 97Imagen 86 Obtención del fichero .stl 98Imagen 87 Alineación, filtrado y cerrado de agujeros 98Imagen 88 Alineación, filtrado y cerrado de agujeros 99Imagen 89 Comparación con el modelo CAD 99Imagen 90 Cámara fotogramétrica 100Imagen 91 Patrones Interferometría 102Imagen 92 Ejemplo de digitalización óptico 104Imagen 93 Ingeniería Inversa y Gigantes 105Imagen 94 Objetos de Ingeniería Inversa 105Imagen 95 Ingeniería inversa y diseño de embalajes 106Imagen 96 Ingeniería inversa y diseño de embalajes. Modelos 106Imagen 97 Escáner MetraSCAN 3D 107Imagen 98 Escáner MetraSCAN 3D. Referencia 108Imagen 99 Escáner MetraSCAN 3D. Grandes Volúmenes 108Imagen 100 Fases principales reconstrucción superficies de formas libres 109Imagen 101 Representación de un fémur 111Imagen 102 Representación de un fémur 111Imagen 103 Reconstrucción en 3D de un cráneo humano por tomografía 112Imagen 104 Ordenador Portátil Empleado 115Imagen 105 Calibre 116Imagen 106 Calibre 116Imagen 107 Butanona 118Imagen 108 Cubeta y Probeta 119Imagen 109 Bomba Roto dinámica 119Imagen 110 Bomba refrigerante 120Imagen 111 Distribución Calor durante Mecanizado 122Imagen 112 Polvos 122Imagen 113 Máquina Prototipado Rápido 123Imagen 114 Lista de escáneres 128Imagen 115 Brazo Faro Laser ScanArm 129Imagen 116 Brazo, soporte, Placa y Compensación 130Imagen 117 Diagrama de flujo grafico del GW2012 131Imagen 118 Geomagic Wrap 2012 131Imagen 119 Geomagic Wrap 2012 132Imagen 120 Geomagic Wrap 2012 132Imagen 121 Geomagic Wrap 2012 133Imagen 122 Diagrama de flujo grafico del GS2012 134Imagen 123 Uso del software “Reverse Engineering Extension” 135Imagen 124 Uso del software “Rapidform XOR” 136Imagen 125 Uso del software “Rapidform XOV” 137Imagen 126 Diagrama de flujo del proyecto 139Imagen 127 Calibración del Palpador 139Imagen 128 Registro Error de Calibración Palpador 140Imagen 129 Calibración del escáner 140Imagen 130 Registro Error de Calibración Escáner 141Imagen 131 Compensación de la esfera 141


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Imagen 132 Reconocimiento del Material a Escanear 142Imagen 133 Diagrama Flujo “Geomagic Studio” 143Imagen 134 Pantalla Principal del GS2012 145Imagen 135 Características del GS2012 146Imagen 136 Vistas del rodete tras “Global Registration” 148Imagen 137 Vistas del rodete tras “Global Registration” 148Imagen 138 Comando “Outlier” y “Disconnected Points” 149Imagen 139 Nube de puntos 149Imagen 140 Comando “Reduce Noise” y Panel de Control 150Imagen 141 Vista del rodete tras aplicar comando “Reduce Noise” 150Imagen 142 Comando “Wrap” y Panel de Control 151Imagen 143 Vista del rodete tras aplicar comando “Wrap” 151Imagen 144 Panel de control comando “Mesh Doctor” 152Imagen 145 Vista del rodete tras aplicar comando “Mesh Doctor” 153Imagen 146 Comando “Remesh and Refine” 154Imagen 147 Vista del rodete tras aplicar comando “Remesh and Refine” 154Imagen 148 Panel de control comando “Spike Removal” 155Imagen 149 Vista del rodete tras aplicar comando “Spike Removal” 155Imagen 150 Panel de control comando “Relax and Quieck Smooth” 156Imagen 151 Comando “Fill Holes” 156Imagen 152 Ejemplo de uso Comando “Relax and Quick Smooth” 157Imagen 153 Ejemplo de uso Comando “Relax and Quick Smooth” 158Imagen 154 Sección del rodete tras usar Comando “Trim” 159Imagen 155 Creación de planos con Comando “Best Fit” 160Imagen 156 Ejemplo Uso del Comando “Project Boundary to Plane” 161Imagen 157 Acabado de la basa del rodete 161Imagen 158 Curvas del rodete 162Imagen 159 Creación Curvas en plano XZ 163Imagen 160 Creación del centro del rodete 164Imagen 161 Alineación del rodete con el Universo 165Imagen 162 Extrusión Plano con “Catia” 166Imagen 163 Curvas Complejas vistas con “Catia” 166Imagen 164 Modelo Visto con Solid Edge 167Imagen 165 Valencia Dimensional y Angular 168Imagen 166 Valencia Dimensional 169Imagen 167 Cuadro Dialogo Solid Edge 169Imagen 168 Software “CatalystEX 4.3” 170Imagen 169 Software “CatalystEX 4.3” 170Imagen 170 Paquete Máquina de Prototipado 171Imagen 171 Rodete Prototipado 171Imagen 172 Inmersión del rodete en butanona 172Imagen 173 Rodete Prototipado con Butanona 172Imagen 174 Realización del Ensayo 173Imagen 175 Fundamentos Teóricos Rodete 177Imagen 176 Realización del Ensayo 178Imagen 177 Realización del Ensayo 179Imagen 178 Realización del Ensayo 180


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ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINAS

Tabla 1. Características del entorno de una MMC 81Tabla 2. Comparación Distintas Tecnologías 113Tabla 3. Claves del éxito de la Ingeniería Inversa 114Tabla 4. Datos Rodete Real 178Tabla 5. Datos Rodete con Butanona 179Tabla 6. Datos Rodete sin Butanona 180Tabla 7. Prototipo con butanona 182Tabla 8. Prototipo sin butanona 182


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1.1.- MEMORIA DESCRIPTIVA

1.1.1.- Finalidad del proyecto

1.1.1.1.- Introducción

El rodete es un tipo de rotor presente en la turbinas, bombas centrifugas y turbinas.

Es la parte móvil que se encarga de impulsar el fluido.

Consiste en un disco perpendicular al eje de giro compuesto por álabes curvados en

dirección contraria al movimiento.

El proyecto persigue esclerecer si es factible, por medio de la digitalización 3D y el

prototipado rápido, la fabricación de rodete que esté capacitado para soportar unas

pruebas de funcionalidad en cuanto a un determinado caudal de fluido se refiere.

Posteriormente, se tratará de afirmar si con las tecnologías anteriormente comentadas,

se puede proceder al rediseño de la geometría compleja del rodete, sin necesidad del

empleo de los procesos de rediseño de rodetes tradicionales, posibilitando así una

reducción de los costes y los tiempos de fabricación.

Para ello se recurrirá a la obtención de un rodete prototipado por medio del uso de la

Ingeniería inversa, a partir de uno ya existente del que no se disponen planos ni

indicaciones acerca de la complejidad de su geometría.

Se procederá a su escaneado en 3D y la posterior digitalización del modelo por medio

de un software de tratamiento de archivos CAD.

1.1.2.- Ciclo de vida de un producto

En términos generales, el ciclo de vida del producto es una herramienta de

administración de la mercadotecnia que permite conocer y rastrear la etapa en la que se

encuentra una determinada categoría o clase de producto, lo cual, es un requisito

indispensable para fijar adecuadamente los objetivos de mercadotecnia para un "x"

producto, y también, para planificar las estrategias que permitirán alcanzar esos

objetivos.


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Imagen 1 Diseño. Ciclo de vida de un producto

En síntesis, el ciclo de vida del producto es el conjunto de etapas (introducción,

crecimiento, madurez y declinación) por las que atraviesa una categoría genérica de

productos; y cuyos conceptos son utilizados como una herramienta de administración de

la mercadotecnia para conocer y rastrear la etapa en la que se encuentra una

determinada categoría de productos, con la finalidad, de identificar con anticipación los

riesgos y oportunidades que plantea cada etapa para una marca en particular.


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Imagen 2 Ciclo de vida de un producto

Fuente: http://disenio.idoneos.com

En este punto, cabe señalar que el concepto del Ciclo de Vida del Producto (CVP) no es

una herramienta que se aplica a una marca individual; sino a una categoría genérica del

producto (autos, televisores, microprocesadores, etc...). Por tanto, una de las tareas

cruciales que tienen los mercadólogos consiste en identificar la etapa por la que está

atravesando la categoría genérica en la que se encuentra su producto, para luego,

planificar aquello que se hará para enfrentar los riesgos que plantea cada etapa, al

mismo tiempo que se aprovechan las oportunidades que ofrece.

1.1.2.1.- Introducción

Esta primera etapa del ciclo de vida del producto, se inicia cuando se lanza un nuevo

producto al mercado, que puede ser algo innovativo o puede tener una característica

novedosa que dé lugar a una nueva categoría de producto (como el caso del horno

microondas y el televisor a color).

Esta etapa se caracteriza por presentar el siguiente escenario:

o Las ventas son bajas.

o No existen competidores, y en el caso que los haya son muy pocos.


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o Los precios suelen ser altos en esta etapa, debido a que existe una sola oferta, o

unas cuantas.

o Los gastos en promoción y distribución son altos.

o Las actividades de distribución son selectivas.

o Las utilidades son negativas o muy bajas.

o El objetivo principal de la promoción es informar.

o Los clientes que adquieren el producto son los innovadores.

Imagen 3 Introducción. Ciclo de vida de un producto

Fuente: http://franciscoperfectoromerobarajas.wordpress.com

1.1.2.2.- Crecimiento

Si una categoría de producto satisface al mercado y sobrevive a la etapa de

introducción, ingresa a la segunda etapa del ciclo de vida del producto que se conoce

como la etapa de crecimiento; en la cual, las ventas comienzan a aumentar rápidamente.

Esta etapa suele presentar el siguiente escenario:

o Las ventas suben con rapidez.

o Muchos competidores ingresan al mercado.

o Aparecen productos con nuevas características (extensiones de producto,

servicio o garantía).

o Los precios declinan de manera gradual como un esfuerzo de las empresas por

incrementar las ventas y su participación en el mercado.

o La promoción tiene el objetivo de persuadir para lograr la preferencia por la

marca.


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o La distribución pasa de ser selectiva a intensiva.

o Las utilidades aumentan, a medida que los costos unitarios de fabricación bajan

y los costos de promoción se reparten entre un volumen más grande.

o Los clientes que adquieren el producto en esta etapa son los adoptadores

tempranos.

Imagen 4 Crecimiento. Ciclo de vida de un producto


1.1.2.3.- Madurez

Es en esta tercera etapa del ciclo de vida del producto, el crecimiento de las ventas se

reduce y/o se detiene.

Las características que distinguen esta etapa son las siguientes:

o En una primera etapa, las ventas siguen aumentando, pero a ritmo decreciente,

hasta que llega el momento en que se detiene.

o La competencia es intensa, aunque el número de competidores primero tiende a

estabilizarse, y luego comienza a reducirse.

o Las líneas de productos se alargan para atraer a segmentos de mercado

adicionales [1]. El servicio juega un papel muy importante para atraer y retener a

los consumidores.

o Existe una intensa competencia de precios.

o Existe una fuerte promoción (cuyo objetivo es persuadir) que pretende destacar

las diferencias y beneficios de la marca.


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o Las actividades de distribución son aún más intensivas que en la etapa de

crecimiento.

o Las ganancias de productores y de intermediarios decaen principalmente por la

intensa competencia de precios.

o Los clientes que compran en esta etapa son la mayoría media.

Imagen 5 Madurez. Ciclo de vida de un producto


1.1.2.4.- Declinación

En esta cuarta etapa del ciclo de vida del producto, la demanda disminuye, por tanto,

existe una baja de larga duración en las ventas, las cuales, podrían bajar a cero, o caer a

su nivel más bajo en el que pueden continuar durante muchos años.

Las características que permiten identificar esta etapa, son las siguientes:

o Las ventas van en declive.

o La competencia va bajando en intensidad debido a que el número de

competidores va decreciendo.

o Se producen recortes en las líneas de productos existentes mediante la

discontinuación de presentaciones.

o Los precios se estabilizan a niveles relativamente bajos. Sin embargo, puede

haber un pequeño aumento de precios si existen pocos competidores (los últimos

en salir).


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o La promoción se reduce al mínimo, tan solo para reforzar la imagen de marca o

para recordar la existencia del producto.

o Las actividades de distribución vuelven a ser selectivos. Por lo regular, se

discontinúan los distribuidores no rentables.

o Existe una baja en las utilidades hasta que éstos son nulos, e incluso, se

convierten en negativos.

o Los clientes que compran en esta etapa, son los rezagados.

Imagen 6 Declinación. Ciclo de vida de un producto



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1.1.2.5.- Relación con la Ingeniería Inversa

Imagen 7 Administración Ciclo Vida Producto

Las siglas que aparecen en la anterior imagen entre cada uno de los rectángulos

corresponden a diferentes herramientas usadas para llegar al siguiente nivel:

- Herramientas CAD (Computer Aided Design)

Software que, mediante el uso del ordenador, permite crear, modificar, analizar y

optimizar planos y modelos en 2 y 3D, y manipular de una manera fácil elementos

geométricos.

- Herramientas CAE (Computer Aided Engineering)

Suponen un paso más en los sistemas CAD tradicionales ya tradicionales, que además

del diseño del modelo, también permiten integrar sus propiedades, condiciones a las que

está sometido (temperatura, vibraciones, deformaciones, etc.), tipo de material, etc.

- Herramientas CAM (Computer Aided Manufacturing)

Permiten fabricar las piezas en máquinas de Control Numérico por Ordenador

calculando las trayectorias de la Ordenador, herramienta para conseguir el mecanizado

correcto.


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Prototipado rápido

Para la realización de ensayos es necesario recurrir a la tecnología de prototipado

rápido:

El Prototipado Rápido es una tecnología que posibilita producir modelos y prototipos

directamente a partir del modelo sólido 3D generado en el sistema CAD. Al contrario de

los procesos de fabricación que sacan material de la pieza en bruto para obtener el

modelo deseado, los sistemas de Prototipado Rápido generan la pieza a partir de la

unión aditiva de líquidos, capa por capa, a partir de secciones transversales de la pieza

obtenidas a partir del modelo 3D, las máquinas de Prototipado Rápido producen piezas

en plásticos, madera, cerámica o metales. Los datos para las máquinas de Prototipado

Rápido son generados por los sistemas CAD en formato STL, que aproxima el modelo

sólido por pequeños triángulos o facetas. Cuanto más pequeños sean estés triángulos,

mejor la aproximación de la superficie, al coste, naturalmente, del mayor tamaño del

archivo STL, y de tiempo de procesamiento. Una vez que el archivo STL es generado,

las demás operaciones son ejecutadas por el propio programa que acompaña a las

máquinas de Prototipado Rápido. Básicamente este programa realizara operaciones

básicas de visualización y la generación de secciones transversales del modelo que será

construido. Tales datos serán entonces transmitidos a la máquina que ira depositando

sucesivas capas hasta que la pieza sea generada.

Imagen 8 Evolución Cronológica Prototipado Rápido


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- Fases del prototipado rápido

Es posible dividir en cinco fases la generación de un prototipo.

o Fase 1: Bocetos iniciales, sobre el papel, del diseñador.

o Fase 2: Ha de ser pasado a tres dimensiones con la ayuda de un software 3D.

o Fase 3: En esta fase nos ayudamos de las herramientas de las que disponen los

programas CAD para analizar interferencias geométricas, curvaturas críticas, etc.

Se efectúan las posibles correcciones, y se analizan las convenientes acciones de

marketing.

o Fase 4: Una vez ha sido validado el diseño exterior se comprueba el montaje y

funcionamiento de las piezas que componen el producto. Se crean archivos

*.STL de todas las piezas.

o Fase 5: Se analiza que tecnología de prototipado rápido es la más adecuada y se

lanza el prototipo de cada una de las piezas.

o Fase 6: Se comprueba el prototipo y si hace falta se vuelve a la Fase 3 para

realizar modificaciones.

Imagen 9 Diagrama de flujo de las fases del PR


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- Tecnologías del prototipado rápido

Las tecnologías son:

o Estereolitografía

Es un procedimiento en el cual se solidifica una resina foto curable (epoxi) en estado

líquido mediante la acción de un laser ultravioleta. Esta salificación se va realizando por

capas hasta completar la pieza.

Imagen 10 Estereolitografía

Fuente: http://www.egrafica.unizar.es

o Sinterización selectiva por laser

Es un procedimiento prácticamente similar al anterior, pero con diferencias en cuanto al

tipo de material utilizado. En este caso se utiliza un material en polvo, en lugar de uno

líquido.


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Imagen 11 Sinterización selectiva por laser


o Deposición de hilo fundido

Se opera extrayendo una pequeña cantidad de un termoplástico, a través de una

diminuta boquilla, formando cada sección y, por tanto, el objeto tridimensional

Imagen 12 Deposición Hilo Fundido


o Fabricación por corte y laminado

Esta técnica está basada en la obtención de prototipos rápidos a través de la

superposición y pegado sucesivo de láminas de papel cortadas por laser.


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Imagen 13 Fabricación por corte y laminado


- Aplicaciones del prototipado rápido

Básicamente las técnicas de Prototipaje Rápido, tienen como objetivo el obtener de

manera rápida y exacta una réplica tridimensional de los diseños que han sido generados

mediante aplicaciones CAD en 3D.

Estos modelos físicos pueden ser únicamente estéticos y útiles en consecuencia para

estudio de formas y estudio de la aceptación por el mercado potencial al que van

dirigidos, o pueden cumplir con algunas o buena parte de los requerimientos mecánicos

que tendría la pieza definitiva, ofreciendo en este caso la posibilidad de realizar pruebas

funcionales e incluso de homologación antes de que existan ni siquiera los moldes

preliminares.

La mayor o menor similitud que pudiera existir entre el modelo definitivo y el obtenido

mediante las técnicas de prototipaje rápido dependerán básicamente del sistema

utilizado para su generación y de limitaciones dimensionales, de complejidad y de

postprocesos aplicados.

Las ventajas que ofrece la utilización sistemática de esta tecnología dentro del proceso

global del lanzamiento de un nuevo producto abarcan a casi todos los departamentos


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que, directa o indirectamente están involucrados en él. Sin ánimo de ser exhaustivos,

destacaremos las siguientes ventajas:

Disponer de una herramienta de comunicación física que no ofrece ningún tipo de duda,

no permitiendo en consecuencia interpretaciones distintas y/o erróneas. (En este sentido

suele recordarse que: "De igual forma que una imagen vale más que mil palabras, un

prototipo vale más que mil imágenes, planos, croquis, dibujos...").

- Permite realizar determinadas pruebas funcionales, de montajes e interferencias.

- Facilita extraordinariamente la relación entre clientes y proveedores. Facilita, y

en muchos casos estimula, la aportación de mejoras ya sea en el diseño y su

funcionalidad, ya sea en el proceso productivo.

- Las técnicas de prototipaje rápido pueden ser aplicadas a las más diversas áreas

tales como, automoción, aeronáutica, marketing, restauraciones, educación,

paleontología y arquitectura.

Imagen 14 Obtención modelo STL de una tomografía axial computarizada.

Fuente: Instituto Brasileiro de Ensino e Pesquisa en Medicina y Odontología Legal


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1.1.3.- Definición de Ingeniería Inversa

La ingeniería inversa es una tecnología que nació en la década de los noventa de la

necesidad de desarrollar componentes u objetos sin una previa disposición de los planos

ni información de dichos objetos y como ayuda a la medición de estos, pues los

micrómetros y calibradores no podían hacerlo correctamente.

Se denomina ingeniería inversa debido, como su nombre indica, a que se basa en una

pieza ya existente y crea sus correspondientes planos a partir de ella y no al revés, como

trataría de hacer la ingeniería tradicional. Esto lo hace tomando desde un principio

partes reales, ya creadas, y transformándolas en conceptos e ideas manejables y

transmutables, lo cual convierte a esta tecnología en muy útil a la hora de realizar

modificaciones en la pieza o crear un diseño nuevo de la misma o simplemente realizar

una copia de ella sin necesidad de planos previamente elaborados.

Lo antes mencionado conforman, en parte las grandes utilidades que se le puede dar a la

ingeniería inversa, las cuales han proporcionado una gran aceptación a esta tecnología.

Dichas utilidades son:

- Comprobación de la precisión de una pieza: pieza maquinada vs pieza

digitalizada.

- Fabricación de determinado componente dañado en algún producto

- Desarrollo de un producto nuevo a partir de un producto existente.

- Para comenzar la producción en serie de algún producto del cual no se tengan

medidas.

- Cuando se realiza control de calidad del producto.

- En un caso más práctico, empresarialmente hablando, la ingeniería inversa te

permite:

- Fabricar el componente estropeado de alguna máquina sin estar obligado a

comprarla de nuevo.

- Facilitar, en gran parte la creación de diseños y el lanzamiento de nuevos

productos al mercado al ser una tecnología en la cual se ahorra tiempo y dinero

mediante la eliminación del proceso tradicional.


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A continuación se detallan los pasos necesarios:

Imagen 15 Diagrama de Flujo Ingeniería Inversa

1.1.4.- Diferencia entre la Ingeniería Inversa y la Ingeniería Tradicional

Se entiende por ingeniería directa aquélla que parte primero de una idea originaria de la

que derivarán diferentes diseños y, en consecuencia, planos y documentos donde se

especificarán sus detalles así como sus características técnicas, las cuales deben estar

adecuadas a las demandas del consumidor, el público al que va dirigido; y relacionadas

de manera directa con el mercado, pues éste es el que tendrá que dar el visto bueno a la

idea con un estudio, tras el cual se crearán los modelos.


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Después de la creación del producto a partir, como se ha mencionado anteriormente, de

etapas previas, se procederá a la creación del prototipo y su posterior análisis de calidad

y funcionalidad donde se analizaran las características del material y todo tipo de

problemas; con el fin de efectuar las modificaciones necesarias hasta que el prototipo

cumpla con las especificaciones y requerimientos de diseño; cuando comenzará su

creación en masa y su posterior venta al público.

Imagen 16 Ingeniería tradicional de un producto vs Ingeniería inversa


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1.1.5.- Ingeniería inversa y su relación con los sistemas CAD

Los sistemas CAD son aquellos sistemas precisos y aptos para la correcta

representación de los objetos.

Bien, la relación existente entre la ingeniería inversa y este tipo de formatos es la

necesidad de realización de los mismos para que la otra se pueda llevar a cabo. Están

íntegramente relacionados, dado que una vez analizada la pieza u objeto por medio de

distintos medios de toma de datos como pueden ser los de forma manual o por medio de

máquinas de medición de coordenadas (CMM), por rayos x, tomografías o resonancias

magnéticas, medios que serán explicados de manera detallada a continuación; se obtiene

la nube de puntos coordenados (x, y, z) organizados en un espacio 3D. Una vez obtenida

el modelo digitalizado, éste es exportado hacia cualquier sistema CAD para la

realización de correcciones, verificación de dimensiones, textura, superficie, entre otras.

1.1.6.- Sectores de aplicación de la Ingeniería Inversa

1.1.6.1.- Campo paleontológico

La Ingeniería Inversa, como se ha explicado anteriormente, puede recrear cualquier

elemento del que no se disponga ningún tipo de documentación, solo su presencia física.

Es por ello, que no solo en la industria aporta su servicio, pues el mundo artístico

encuentra en esta tecnología una gran aplicación en cuanto a la realización de copias

exactas de obras de arte se refiere, cuyos originales tendrán salvaguardada su

originalidad, la cual por su fragilidad su podría haber visto mermada.

Las actuales tecnologías de digitalización óptica 3D suponen un gran soporte a tareas

relacionadas con el Patrimonio Artístico. Entre estas aplicaciones pueden destacarse:

- Documentación y registro de restos encontrados.

- Introducción de la pieza en entornos CAD con escenarios reales o virtuales.

- Representación virtual de las piezas para su presentación en Museos Virtuales,

audiovisuales en exposiciones, o divulgación científica con otros centros.


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- Apoyo a labores de restauración (representación virtual de cómo quedaría el

objeto una vez restaurado).

- Obtención de réplicas para museos o divulgación.

La aplicación desarrollada se basa en obtener la definición de un embalaje específico

para facilitar el transporte de restos paleontológicos (la vertebra dorsal de un

hidrozoario), mediante el uso de la tecnología de digitalización por luz blanca, la cual se

explicará más adelante.

Imagen 17 Proceso de digitalización de la vértebra dorsal de un hadrosaurio

Fuente: Instituto Tecnológico de Aragón. Zaragoza

Para ello, se ha seleccionado una vértebra dorsal de un hadrosaurio de pequeño tamaño

del Cretácico Superior (Maastrichtiense superior) de Arén (Huesca) para llevar a cabo la

aplicación.

El yacimiento donde se encontró el ejemplar es de areniscas consolidadas de la base de

la Formación Tremp. La extracción de los fósiles en el yacimiento es compleja debido a

que la roca está muy consolidada, por lo que es necesario el uso de amoladoras y

martillos neumáticos. Una vez localizado el hueso, se delimita una zona alrededor y se

corta la roca. Por lo que el hueso fósil junto a la matriz que lo contiene se extrae en un

bloque único. Esto facilita el posterior transporte hasta el laboratorio, al estar protegido


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por una matriz rocosa. En este caso el transporte se realizó con una protección de

plástico de burbujas.

Imagen 18 Vértebra dorsal de un hadrosaurio original y digitalizada

Fuente: Instituto Tecnológico de Aragón. Zaragoza

La verdadera excavación de este fósil se realizó en el laboratorio con un método

mecánico desbastando la matriz con un percutor de aire comprimido y punta fina.

Conforme el fósil se va descubriendo se consolida con Paraloid (resina acrílica

termoplástica de dureza mediana). La preparación en el laboratorio termina cuando el

fósil está completamente desprendido de la matriz. Al quitar su protección de arenisca,

el fósil es extremadamente frágil, aunque duro por su conservación pétrea. La vértebra

está formada por un cuerpo vertebral y una serie de apófisis que se proyectan dorsal y

lateralmente. Estas apófisis son las partes más frágiles del fósil, pudiendo romperse con

una vibración excesiva o un pequeño golpe.

Es por esto que se debe diseñar una estrategia de embalaje que permita el transporte en

las mejores condiciones posibles, ya que es muy común que huesos de este tipo se

empleen en exposiciones temporales, con su consecuente transporte fuera del museo

donde han sido depositados.


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El embalaje debe envolver y contener temporalmente el fósil durante su manipulación,

transporte, almacenamiento, distribución o presentación en una exposición, con el fin de

protegerlo y facilitar estas operaciones.

El procedimiento consistió en digitalizar la pieza, tratamiento del fichero obtenido,

obtención de secciones y desarrollo del embalaje.

Imagen 19 Desarrollo del embalaje

Fuente: Instituto Tecnológico de Aragón. Zaragoza.

En primer lugar, se realizó la digitalización de la pieza. Para este proceso, se limpió y se

estudió su geometría: número de caras, de aristas, de agujeros, colores, zonas no

visibles, etc. y se colocaron las marcas temporales que servirían de puntos de referencia

en la digitalización. De esta forma e posibilitan giros de la muestra y, por tanto, la

digitalización de modelos volumétricos o con caras opuestas. Una vez calibrada la

máquina adecuándola al volumen que ocupa la pieza, se realizó el digitalizado. Dicho

proceso consiste en realizar tomas de datos estáticas en distintas posiciones alrededor de

la pieza hasta haber captado la totalidad de sus superficies.

Una vez obtenida la nube con las coordenadas de los puntos superficiales de la muestra,

se genera el fichero triangulado (en formato STL) y se pasa a realizar el diseño del

embalaje.

El embalaje se realizará en capas de Poliestireno (PS) con distintas perforaciones que,

una vez unidas, proporcionan el alojamiento del fósil. Para este fin, a partir del fichero


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STL, se realizan una serie de secciones transversales que servirán de plantilla para

cortar las planchas de PS.

La elección del PS se debe a que este material es ligero, económico, fácil de cortar y

resistente a la compresión que produce el peso del fósil.

Las planchas se colocan en orden una sobre otra, y pueden hacerse de diferentes

espesores según necesidad. El conjunto de capas o bloques de PS se une mediante cinta

de embalar y se introduce en una caja de cartón, de forma que el conjunto siga siendo

ligero y cómodo. Una vez hecho esto, el embalaje ya está completo.

Mediante la aplicación de la tecnología de digitalización con la obtención del modelo

digital de la vértebra dorsal, se ha conseguido realizar un embalaje específico para esta

pieza.

De esta forma, el fósil puede ser transportado y almacenado, con un coste global que

resulta más económico frente a los actuales embalajes a medida realizados por medio de

moldes por empresas especializadas.

1.1.6.2.- Automovilismo/transporte

Imagen 20 Automovilismo/transporte

Fuente: http://www.creaform3d.com

En este campo la ingeniería 3D puede ofrecer servicios de de alta calidad en los sectores

automotriz y del transporte. Asimismo, las tecnologías de medición 3D portátiles se

pueden emplear bastantes aplicaciones.


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Ingeniería inversa y diseño de asientos

La ingeniería inversa es un proceso basado en el análisis y la recreación del diseño de

un producto, con el uso de piezas físicas como punto de partida. Este proceso es

realmente valioso para obtener el propósito de diseño de prototipos de asientos o hacer

comparaciones con los productos de la competencia. La meta principal en este proceso

sería la de crear modelos 3D que se equiparen con el diseño funcional del original (en

este caso, principalmente las características de ergonomía). Los pasos cruciales de la

ingeniería inversa son capturar, en forma precisa y eficiente, las formas del asiento

(generalmente formas libres) y extraer la información necesaria del barrido resultante a

efectos de recrear todo el modelo o una de sus partes (mediante la obtención de algunas

características específicas del diseño).

Imagen 21 Desarrollo Asiento Autobuses Volvo



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La ingeniería inversa exige la captura de dimensiones de piezas de diversas formas y de

variada complejidad, y que potencialmente pudiera tener que realizarse en cualquier tipo

de entorno. El escáner puede realizar el proceso de captura directamente en el estudio de

diseño, pero también en la sede del cliente o directamente en el interior del vehículo.

Imagen 22 Modelo de desarrollo Asiento Autobuses Volvo


Dado que el diseñador quiere recrear el diseño funcional de la pieza original, la captura

debe ser precisa y proporcionar toda la información necesaria para reproducir un nuevo

modelo de referencia para la pieza que se va a fabricar. El escáner proporciona modelos

de malla totales y precisos.

Esta solución contribuye a ahorrar una considerable cantidad de tiempo en comparación

con los métodos tradicionales de medición. Las dimensiones que son necesarias para el

proceso de ingeniería inversa se capturan rápidamente y están disponibles de inmediato

para que el diseñador pueda realizar su trabajo. Dado que los asientos tienen formas

libres, sólo un barrido 3D puede dar la información necesaria.


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Imagen 23 Desarrollo Asiento Ingeniería Inversa


Ingeniería inversa y soluciones posventa

En la industria automotriz de posventa es de crucial importancia la captura de las

dimensiones de las piezas de los fabricantes. Este proceso puede contribuir al diseño de

piezas especiales, tales como kits de carrocería y suspensión, componentes del motor y

otras piezas de alto desempeño. En esos casos, se debe definir con gran precisión las

dimensiones generales de las piezas y, en particular, las de los puntos de sujeción.

Además, en el caso de kits de carrocería y de otros componentes para el realce de la

apariencia, el diseño de los nuevos componentes debe coincidir con el diseño original, a

efectos de dar una buena apariencia general al vehículo.

Los pasos cruciales de la ingeniería inversa son capturar, en forma precisa y eficiente,

las dimensiones de la pieza original y luego extraer la información necesaria del barrido

resultante a efectos de crear nuevos diseños que cuenten con las características correctas

para el armado.

La ingeniería inversa exige la captura de dimensiones de piezas de diversas formas y de

variada complejidad, y que potencialmente pudiera tener que realizarse en cualquier tipo

de entorno. Debido a su sorprendente portabilidad, el escáner puede realizar el proceso


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de captura directamente en el estudio de diseño, pero también en la planta de

producción y en pequeños talleres de carrocería.

Imagen 24 Automovilismo/transporte. Solución Postventa


Dado que el diseñador quiere recrear el diseño funcional de la pieza original, la captura

debe ser precisa y proporcionar toda la información necesaria para reproducir un nuevo

modelo de referencia para la pieza que se va a fabricar. El escáner proporciona modelos

de malla totales y precisos.

Esta contribuye a ahorrar una considerable cantidad de tiempo en comparación con los

métodos tradicionales de medición. Las dimensiones que son necesarias para el proceso

de ingeniería inversa se capturan rápidamente y están disponibles de inmediato para que

el diseñador pueda realizar su trabajo.

Imagen 25 Automovilismo/transporte



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La ingeniería inversa devuelve la vida a un motor Hispano de seis cilindros

LF Ingénierie, una pequeña empresa asentada en Nizza, a partir de la Ingeniería Inversa,

pretendía crear algo nuevo a partir de algo viejo. El reto, que fue presentado por el

especialista en la restauración de automóviles, fue la fabricación de una copia

totalmente fidedigna del bloque motor de aluminio de un Hispano Suiza K6 del año

1933 en tan solo unos meses.

Imagen 26 La ingeniería inversa devuelve y el motor Hispano de seis cilindros

Fuente: www.metalspain.com

El bloque motor de aluminio de seis cilindros original, totalmente desgastado, como

resulta obvio, por el paso del tiempo y por sucesivos intentos de restauración, era

totalmente irrecuperable.

Especialmente dañino para el motor fue, de hecho, el último intento de recuperarlo a

través de soldadura. La única solución, pues, pasaba por reconstruir el motor desde cero

a través de un procedimiento de fundición a la cera.

El primer paso fue “crear un modelo CAD del bloque en SolidWorks”. Debido a que no

se contaba con ningún plano, este paso debía comenzarse desde el principio. Debido a

las deformaciones del bloque motor, en ningún momento se planteó el uso de un escáner

3D. “El modelo generado habría sido demasiado pesado y no hubiera sido posible

corregir las deformaciones.


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Además, el escáner no habría podido acceder a algunos detalles del interior de la pieza.

En consecuencia, el especialista utilizó las medidas del bloque motor para dar forma al

modelo en 3D de forma “manual”. No obstante, una reconstrucción realmente fiel al

original debe respetar con total fidelidad y precisión a las medidas y geometría de la

pieza original.

Aun así, el especialista sí se permitió algunas mejoras menores y totalmente invisibles,

como la sustitución de la junta de la culata (que en el original era de pasta) con una

junta tórica.

Imagen 27 La ingeniería inversa devuelve y el motor Hispano de seis cilindros

Fuente: www.metalspain.com


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1.1.6.3.- Campo médico

Imagen 28 Campo Medico


Ortopedia/Prótesis

Fabricación personalizada de miembros artificiales o piezas para sustituir partes del

cuerpo

Impresiones digitales en 3D (impresiones del pie) apoyando el peso o no.

Escaneado craneal

Tratamiento de la plagiocefalia posicional en niños: mediciones cráneo sin contacto,

rápido y preciso, para la fabricación digital de cascos terapéuticos, y el seguimiento del

progreso del tratamiento.

Cirugía plástica/estética

Digitalización en 3D de partes del cuerpo (orejas, manos, pies y nariz) para visualizar la

apariencia antes y después de la cirugía, o simular los efectos de un procedimiento

quirúrgico.

Podología

Digitalización en 3D del pie, los dedos del pie y el tobillo para la fabricación de

aparatos ortopédicos o calzado personalizados.


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Mastectomía

Digitalización en 3D del seno previa a la intervención quirúrgica para la reconstrucción

posterior basada en la forma y las medidas del cuerpo del paciente.

Asistencia a la movilidad

Digitalización en 3D del cuerpo del paciente para la fabricación de asientos

personalizados.

Archivado en 3D

No es necesario almacenar escayolas o moldes voluminosos. Los archivos electrónicos

se pueden guardar en las bases de datos de los historiales médicos y, si es necesario,

transferirlos de forma segura a través de correo electrónico en cuestión de segundos.

Imagen 29 Escáner MetraSCAN 3D


El uso de ese escáner en la medicina aporta muchas ventajas:

o Rapidez

Las sesiones de escaneado son cortas, lo que abrevia el tiempo de consulta e

incrementa el número de pacientes por día.


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o Tratamiento posterior rápido y automatizado

Lo que se ve es lo que se obtiene: la superficie en 3D se calcula y finaliza a

medida que se realiza el escaneado, lo que reduce al mínimo el tiempo de espera.

o Tolerancia al movimiento

El sistema es capaz de seguir ejecutando la adquisición de datos incluso con

ligeros movimientos del paciente sin que su precisión se vea afectada.

o Integración API

Puede integrar perfectamente la eficacia de VXelements en su solución de

CAD/CAM a través de nuestra API.

o Totalmente seguro para la vista

Nuestro láser de clase I garantiza la seguridad de la vista del paciente y el

técnico.

o Inteligencia

Los datos captados se pueden enviar rápidamente y de forma segura a través de

Internet hasta un centro de fabricación remoto para optimizar el procesamiento

mecánico.

o Limpieza

Una alternativa fantástica a los métodos de enyesado tradicionales, laboriosos y

complicados.

o Sin contacto

Proceso de escaneado sin contacto y no invasivo para reducir al mínimo la

incomodidad y el trauma del paciente.


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Imagen 30 Campo Medico


o Facilidad de uso

Se trata de un sistema de uso intuitivo que permite adquirir los datos y

visualizarlos en tiempo real.

o Tiempo de aprendizaje breve. No se requiere formación amplia.

o Verdaderamente portátil y ligero

Cabe en una bolsa de mano.

o Pesa alrededor de 900 gramos.

o Mediciones con la precisión de un láser

Los datos adquiridos son constantes y de gran precisión, independientemente de

la experiencia del técnico o del entorno (en comparación con las mediciones

manuales).

1.1.6.4.- Campo aeroespacial

El sector aeroespacial es, junto con el automotriz, el sector más exigente; cuando hay

vidas en juego, la calidad no se puede dejar a la suerte. Por tanto esta tecnología se

puede aplicar sobre todo en:

o Control de calidad e inspección


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o Análisis de tensiones/aerodinámica

o Reingeniería de piezas anticuadas y equipos originales

o Ingeniería inversa (montaje/mantenimiento, reparación y puesta a punto,

turbinas de gas, compartimentos de motores, góndolas y cabinas)

Imagen 31 Sector aeroespacial


Mantenimiento, reparación y puesta a punto, y evaluación de daños

Los reactores y las turbinas son piezas costosas y fundamentales que normalmente

tienen que someterse a un mantenimiento regular. El alto precio de dichos equipos

justifica las reparaciones, que pueden resultar complicadas, de problemas como el

deterioro. Para determinar las reparaciones que deben realizarse, es necesario medir de

forma precisa el combado o la pérdida de material debido al desgaste. Posteriormente,

puede comprobarse que las reparaciones cumplan con la normativa.

Mediante el escáner 3D junto con una sonda, pueden controlarse los elementos

geométricos y las formas libres con exactitud. Es posible generar una asignación 3D

detallada para obtener las características dimensionales exactas de una pieza dañada.

Ventajas:

Inspecciones in situ: las piezas ya no tienen que desmontarse y transportarse;

Procedimientos de alineación más fieles y agilizados a través de la alineación dinámica.

o Prototipos, herramientas y ajuste de moldes


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o Diseño e ingeniería de montaje y componentes aeronáuticos

o Comprobación y ajustes de herramientas de producción

Todos los segmentos de las líneas de producción están sujetos a comprobaciones

tridimensionales, que se pueden llevar a cabo mediante métodos sistemáticos o por

muestreo al azar. En la industria aeroespacial, el control de calidad es por lo general

muy extenso y completo, y requiere una gran cantidad de puntos de medición.

La alineación automática o asistida, junto con la sencillez de la operación del escáner,

permite la inspección total de piezas en minutos, a diferencia de los procesos basados en

soluciones tradicionales de inspección que duran más de una hora. El escáner ha

demostrado su capacidad para proporcionar resultados de alta confiabilidad.

Si se trata de piezas de gran tamaño, la capacidad del escáner de aumentar

su volumen es especialmente útil. Cuando la precisión es de suma importancia, se

pueden colocar reflectores en los equipos.



Inspección de procesos "pieza a CAD"

En el sector aeroespacial, el control de calidad suele ser muy completo y requiere un

muestreo amplio de puntos comparativos, especialmente en formas libres o en formas

complejas. El desvío "pieza a CAD" 3D se puede analizar con mapas de colores y


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puntos comparativos definidos por el usuario, basados en todas las mediciones

realizadas por el escáner 3D. Gracias a los datos de alta densidad proporcionados por el

escáner, el inspector puede visualizar y documentar fácilmente la inspección completa

de todas las superficies de la pieza.

Inspecciones de conformidad en la producción

Al arrancar una nueva línea de producción, se debe inspeccionar y ajustar

periódicamente las herramientas de producción (moldes, guías y útiles, estantes,

prensas, etc.) como parte del mantenimiento preventivo y antes de que se produzcan

desviaciones en el producto, a fin de proporcionar el nivel esperado de desempeño.



Montaje asistido: evaluación del estado según construcción

Al realizar montajes complejos o de importancia vital, es imperativo evaluar el estado

de cada componente una vez terminada la construcción, para realizar simulaciones

adecuadas. En función de dichas simulaciones o de operaciones de montaje virtuales,

pueden realizarse los ajustes de diseño adecuados y los cálculos previos de las

posiciones de montaje, y puede determinarse la necesidad de nuevas piezas de ajuste.

La portabilidad y la función de elaboración de referencias dinámicas de MetraSCAN

permiten realizar una digitalización 3D sencilla, en la que se puede confiar, en cualquier

zona de la fábrica.


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Prueba, ajuste y análisis de forma de herramientas de diseño

Al iniciar una nueva línea de producción, para operaciones de mantenimiento

preventivo o en caso de cambios en la producción, las herramientas de diseño (moldes,

plantillas de guía, bastidores, prensas, etc.) deben probarse y ajustarse de forma regular

para ofrecer los niveles esperados de rendimiento.




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Con las funciones de alineación dinámica, pueden realizarse mediciones

extremadamente precisas en la fábrica. Además, es posible realizar la alineación

automática con la herramienta mediante algunos reflectores colocados en ubicaciones

predeterminadas de la misma. Por tanto, la fase de prueba o ajuste puede comenzar

inmediatamente.

Con dichas ventajas, el escáner es muy fácil de usar y es altamente eficaz a la hora de

ajustar los moldes de prensa de inyección o las plantillas de guía para soldadura, y de

probar la inyección o los moldes de dibujo, las plantillas de guía de perforado y los

moldes compuestos de RTM. Como resultado, los ajustes o pruebas se realizan, al

menos, dos veces más rápido.

Las formas imperfectas pueden analizarse en alta definición con este escáner de alto

rendimiento, lo que hace que sea fácil analizarlas en detalle y entender las desviaciones.

Cualquier tipo de elemento geométrico puede medirse de forma bastante rápida con la

sonda.

Para herramientas de mayor tamaño, las funciones de ampliación de volumen de que

dispone han demostrado ser particularmente útiles. Al realizar mediciones

extremadamente exactas, los reflectores pueden colocarse en la herramienta, en las

ubicaciones previamente medidas con el rastreador láser (mediciones periódicas, por

ejemplo, de forma anual) y el escáner vuelve a alinearse localmente según la exactitud

del rastreador.


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1.1.6.5.- Campo energético

Imagen 37 Generación de energía


Independientemente de si el objetivo es inspeccionar, reparar o modificar componentes

de turbinas de generación de electricidad, los desafíos siguen siendo los mismos: el

acceso a los componentes y la estabilidad del equipo de medición. Los componentes que

requieren mediciones, como las hojas impulsoras, las aspas guía o los bastidores,

siempre están situados en espacios reducidos de difícil acceso. Para llevar a cabo una

medición precisa y completa del componente en cuestión, es necesario utilizar un


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escáner 3D con una referencia de la pieza. De esta forma, la pieza se puede colocar en

un entorno inestable sin afectar a la precisión. El escaneado 3D generado mediante este

método proporcionará los datos de medición necesarios para la caracterización

tridimensional completa del componente de la turbina.

El análisis de componentes de turbinas requiere la digitalización de dimensiones en

piezas de varias formas y diferente complejidad, lo que puede tener que llevarse a cabo

en entornos inestables. Además, las piezas suelen estar situadas en lugares de difícil

acceso. Gracias a su enorme portabilidad, su pequeño tamaño y su referencia de la

pieza, el escáner 3D puede realizar la digitalización directamente en la instalación de la

turbina, incluso si el escaneado debe llevarse a cabo directamente en la cubierta en

espiral.

Dado que la calidad de los componentes de la turbina es esencial para garantizar el

funcionamiento correcto, la digitalización debe ser precisa e incluir toda la información

necesaria para evaluar su estado o crear una caracterización tridimensional completa. El

escáner es el dispositivo ideal para ello, ya que proporciona modelos de malla

completos y precisos.

En comparación con los métodos de medición tradicionales, la solución Handyscan 3D

ayuda a ahorrar una cantidad considerable de tiempo. Las dimensiones necesarias para

los análisis se miden rápidamente y están disponibles enseguida para el diseñador.

1.1.6.6.- Investigación y desarrollo

En el campo de la educación, los científicos siempre están buscando formas

innovadores de acelerar los procesos de investigación y desarrollo. La innovación

constante es fundamental para la supervivencia de cualquier equipo, laboratorio o

departamento de investigación. La adición de una solución de digitalización 3D es una

forma fantástica de respaldar el flujo de innovación procedente de los laboratorios. Con

dicha herramienta, los investigadores pueden mejorar y acelerar el proceso de varias

aplicaciones que requieren la adquisición de datos 3D.


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En los proyectos de investigación y desarrollo, los investigadores deben extraer una

copia virtual de objetos de distintas formas y grados de complejidad. Por tanto, la

solución de digitalización 3D debe permitir la adquisición en cualquier tipo de entorno.

Debido a su gran portabilidad, el escáner puede realizar la digitalización directamente

en el laboratorio, pero también en una fábrica, área de almacenamiento, museo o incluso

al aire libre.

Imagen 38 Investigación y desarrollo


Gracias a su ya conocida precisión y a su versatilidad, no hay objeto que no pueda

digitalizar: desde artefactos pequeños hasta un vehículo entero. La tecnología del

escáner ofrecerá modelos de malla que pueden utilizarse para varias tareas: diseño,

ingeniería inversa, archivado digital, control o inspección de calidad, análisis

dimensional, análisis de elementos finitos, elaboración rápida de prototipos, etc.

Los proyectos de investigación en general tienen como objetivo mejorar la eficiencia de

las herramientas utilizadas en su campo de aplicación.

Esta solución ayuda a ahorrar una cantidad de tiempo considerable en comparación con

los métodos de medición tradicionales, y puede ofrecer enormes mejoras cuando se

aplica a tareas específicas. Una solución de adquisición 3D puede ayudar a los


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investigadores a mejorar la calidad y la eficiencia de su trabajo, o a desarrollar nuevas

formas de realizar mediciones mediante tecnologías ópticas.

Imagen 39 Investigación y desarrollo


1.1.6.7.- Control de calidad

La inspección de las primeras piezas producidas es crucial para el desarrollo de todo

proceso de manufactura. Generalmente los prototipos se fabrican en pequeñas

cantidades y se deben inspeccionar conforme a planos o archivos CAD, a fin de

garantizar que las piezas se fabriquen con precisión y también identificar correctamente

las causas de defectos inminentes. Las piezas de formas libres representan los mayores

desafíos a la hora de inspeccionarlas, ya que no es posible medirlas de manera eficiente

y precisa con el uso de métodos tradicionales. Se deben utilizar entonces soluciones

basadas en la digitalización 3D.


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Imagen 40 Automovilismo/transporte. Inspección Artículos


La inspección de las primeras piezas producidas en la industria automotriz exige la

captura de dimensiones de piezas de diversas formas y de variada complejidad, y que

potencialmente pudiera tener que realizarse en cualquier tipo de entorno. Debido a su

sorprendente portabilidad, el escáner puede realizar el proceso de captura directamente

en el laboratorio de metrología, pero también en la sede del cliente o en la del

proveedor.

Dado que el inspector de calidad quiere evaluar la pieza física en comparación con el

modelo digital, la captura debe ser precisa y el modelo 3D debe incluir toda la

información necesaria para una inspección total. Escáner 3D proporciona modelos de

malla totales y precisos.

Esta solución contribuye a ahorrar una considerable cantidad de tiempo en comparación

con los métodos tradicionales de medición. Las dimensiones que son necesarias para el

proceso de inspección se capturan rápidamente y están disponibles de inmediato para

que el inspector pueda realizar su trabajo.


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Corrosión externa de las tuberías

Imagen 41 Corrosión externa de las tuberías


Con el fin de evitar costosos fallos de tuberías, se llevan a cabo inspecciones en las que

se evalúa el estado de degradación de los tubos y se estima el tiempo de vida útil

restante.

Los operadores de tuberías deben hacer frente a una presión cada vez mayor por parte

de las autoridades regulatorias y los grupos de protección medioambiental para

garantizar la integridad de la red de tuberías, a la vez que reducen al máximo sus gastos

de mantenimiento. Teniendo en cuenta estos factores, a la hora de elegir una

herramienta de inspección necesitan portabilidad, velocidad de medición,

almacenamiento de datos y repetitividad.




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La solución de Creaform está compuesta de un escáner láser Handyscan 3D y el

software de adquisición y análisis de datos Pipecheck. Pipecheck representa un enfoque

innovador, intuitivo y de gran eficacia a la inspección de la corrosión externa.




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Daño mecánico de las tuberías

Las tuberías que están en funcionamiento deben inspeccionarse in situ para evaluar el

alcance de las abolladuras o hendiduras y estimar el tiempo de vida útil restante.

Además de garantizar la integridad de la red de tuberías, es necesario mantener los

gastos lo más reducidos posible. Teniendo en cuenta estos factores, a la hora de elegir

un dispositivo de inspección, los operadores de tuberías necesitan portabilidad,

velocidad de medición, almacenamiento de datos y repetitividad.

La solución está en el escáner láser Handyscan 3D y el software de adquisición y

análisis de datos Pipecheck para la evaluación del daño mecánico. Pipecheck constituye

una alternativa innovadora, intuitiva y de gran eficacia a los métodos NDT tradicionales

que se utilizan más ampliamente en este campo.

Imagen 44 Daño mecánico de las tuberías


Imagen 45 Automovilismo/transporte. Inspección, Partes Formas Libres



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1.1.6.8.- Campo del modelado para inspección

Modelado en 3d para la inspección mediante antenas en fase

Imagen 46 Modelado en 3d para la inspección mediante antenas en fase


Es necesario inspeccionar las estructuras y componentes encargados de la generación de

energía para evaluar el nivel de degradación y el tiempo de vida útil restante. Las

empresas dedicadas a la generación de energía hacen frente al desafío de inspeccionar

componentes complejos (colas de milano, boquillas, tubos de alimentación, etc.) que

forman parte de una instalación extremadamente complicada y no se pueden extraer

para su examen. Para resolver este problema, el sector normalmente recurre al método

de inspección mediante antenas en fase.

La simulación de ley focal mediante antenas en fase se utiliza habitualmente, sobre todo

en el sector de la energía nuclear, para predecir los resultados de la inspección y

optimizar la configuración de la sonda y la cuña. La inspección de componentes con una

forma compleja utilizando una matriz en 2D puede resultar todo un reto. A falta de

solución mejor, el modelo en 3D normalmente procede de un archivo CAD o de la

creación de un modelo teórico. Sin embargo, la forma del componente real difiere de los

modelos teóricos ideales y, por tanto, afecta la calidad del escaneado mediante

ultrasonido, así como la capacidad de detección.


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1.1.6.9.- Campo de la Reutilización

La reutilización es una estrategia a largo plazo por la que una organización construye

una biblioteca de componentes usados con frecuencia, permitiendo montar rápidamente

nuevos programas a partir de componentes existentes, Cuando está respaldada por un

compromiso a largo plazo, la reutilización puede producir mayores ahorros de

planificación y esfuerzo que cualquier otra técnica de desarrollo rápido. Además, puede

usarse en prácticamente cualquier tipo de organización y para cualquier software. La

reutilización también puede implementarse de forma oportunista corno estrategia a corto

plazo, recuperando código para un nuevo programa partir de aplicaciones existentes.

Este enfoque a corto plazo también puede producir ahorros significativos de

planificación y esfuerzo, pero el ahorro posible es bastante menos importante, con

demasiada frecuencia, que el obtenido con una reutilización planificada.

Reutilización oportunista

Podemos hacer una reutilización oportunista cuando descubrimos que un sistema

existente tiene algo en común con un sistema que estamos a punto de construir.

Se puede adaptar el sistema viejo para el nuevo uso o diseñar uno nuevo y recuperar

partes del sistema ya existentes.

El mayor problema de la reutilización oportunista consiste en que es fácil sobreestimar

los posibles ahorros de tiempo y esfuerzo. En sistemas que podamos estimar que se va

a reutilizar un 80% del código, el esfuerzo sólo se reducirá un 20%.

Cuando se reutilizan partes del antiguo sistema de forma no prevista en el diseño o

implementación del antiguo sistema, nuevos errores emergen.

Reutilización planificada

Es una estrategia a largo plazo que no le ayudará en el primer proyecto.

Para comenzar un programa de reutilización, primero deberemos de investigar el

software existente en nuestra organización e identificar los componentes que aparecen

frecuentemente. Entonces, se debe planificar hacer reutilización de estos componentes

a largo plazo, bien comprándolos o desarrollando versiones reutilizables propias.


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1.1.7.- La ingeniería inversa y los procesos de digitalización en 3D

El proceso de digitalización nació, como un método para la captura de la nube de

puntos, mallado poligonal y modelo nurbs (Non Uniform b-splines, por sus siglas en

ingles), de la necesidad de una manera más precisa, eficaz y veloz de representar objetos

de diferentes formas, figuras, texturas, etc., con el fin de crear los productos a partir de

alguno ya existente; así como una forma de reducir el tiempo de producción de una

parte.

Este proceso de digitalización consiste en el escaneo tridimensional de una pieza o parte

de ella para capturar la nube de puntos, la cual puede contener millones de datos que

serán utilizados posteriormente para realizar la representación del objeto. Esta

metodología resulta muy útil para aquellos objetos de los cuales se requiere capturar la

geometría en gran detalle y no se posee plano alguno.

Los métodos existentes en el mercado para la fabricación de productos a partir de

Ingeniería Inversa se pueden clasificar en dos grupos como se muestra a continuación:

Imagen 47 Métodos de fabricación relacionados con la ingeniería inversa


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1.1.7.1.- Digitalización por contacto

Son los sistemas de obtención de nubes de puntos más antiguos. Estos sistemas de

digitalización 3D obtienen las coordenadas de los puntos gracias al desplazamiento de

un palpado sobre la superficie a digitalizar. El palpado puede ser de punta redonda, una

estrella, etc. Dicho palpador entra en contacto con la superficie 3D realizando diferente

toma de datos. Este proceso es muy utilizado para la verificación dimensional de piezas

industriales (control de calidad) y posee una elevada precisión y resolución.

Por el contrario resulta muy lento ya que el deslizamiento del palpador requiere mucho

tiempo, el cual dependerá de la geometría del objeto.

o El objeto a analizar por medio de este proceso debe poseer ciertas

características:

o Debe tener una superficie simple y bien definida, pues la existencia de ranuras

profundas o ángulos interiores dificulta que el palpador entre en contacto con

ellos.

o Debe estar formado por un material que no pueda ser deformado al entrar en

contacto con el palpador, como por ejemplo el caucho.

o Su superficie debe estar limpia, pues cualquier tipo de suciedad dificulta el

deslizamiento del palpador.

Palpador manual punto a punto

Es aquel cuyo palpador está sujeto a un brazo mecánico que es manipulado por la

persona encargada de capturar los puntos. Esta operación se realiza mediante brazos

articulados en cuya punta llevan incrustado el palpador.

La operación resulta lenta debido a la cantidad de movimientos que debe realizar la

persona, pero esto contrasta con su precisión en la toma de datos pues es muy elevada.


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Imagen 48 Ejemplo de Palpador Manual Punto a Punto

Fuente: http://cadcamcae.wordpress.com/2007/06/08/ingenieria-inversa/

El método de utilización de este palpador necesita la presencia de la pieza a digitalizar y

el software correspondiente, el cual se conecta con el brazo por medio de un cable USB.

La digitalización de la pieza comienza con la ubicación tanto del brazo, como de la

Pieza, en un lugar fijo y estable con el fin de que la toma de puntos sea fiable.

Adicionalmente a la pieza se le señala con un marcador una trayectoria ordenada para la

toma de los puntos. Acto seguido es imprescindible escoger un punto de referencia (0,

0,0) ya sea en cualquier parte de la mesa o el modelo, para que el software pueda tener

una referencia establecida. Posteriormente se comienza el palpado de la pieza, la cual

puede ser por puntos o por una trayectoria. Una vez terminado el modelo, el archivo es

exportado hacia un software CAD compatible para su respectiva evaluación,

verificación y/o edición.


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Palpador en Máquina CNC

En este tipo de máquina, el palpador se encuentra incrustado en el cabezal de una

máquina CNC.

Imagen 49 Máquina de Control Numérico

Fuente: http://techdesign.com.ec

El CNC, el control numérico por computadora, es un sistema que permite controlar en

todo momento la posición de un elemento físico, normalmente una herramienta que está

montada en una máquina. Esto quiere decir que mediante un software y un conjunto de

órdenes, pueden ser controladas las coordenadas de posición de un punto (la

herramienta) respecto a un origen (0, 0,0) establecido en la máquina, es decir, un tipo de

mecanización mucho más preciso, alrededor de 1/100 mm.

Para facilitar la comprensión del funcionamiento de esta máquina se empleará la

siguiente imagen en la que cada una de las aristas tiene unas coordenadas propias y

únicas; así, si se quiere dirigir una punta de una herramienta hacia cada una de estas

coordenadas, sólo se tiene que introducir las órdenes pertinentes en el programa y

cargarlo en la máquina que se encargará de ejecutar los diferentes recorridos.


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Imagen 50 Coordenadas Palpador en Máquina CNC

Fuente: http://cadcamcae.wordpress.com

El CNC está actualmente integrado en las máquina-herramienta de todo tipo, al igual

que lo que se denomina “lenguaje conversacional”, el cual hace la programación mucho

más rápido y sencilla. Se trata de que el usuario establezca lo que desea hacer y la

máquina le pregunta los parámetros y los requerimientos necesarios para llevarlo a

cabo.

Imagen 51 Ejemplo de “lenguaje conversacional”

Fuente: http://www.slideshare.net/nurrego/mquinas-cnc

Una aplicación esclarecedora de este tipo de palpador es su uso en la factoría de Ferrari,

en la que se coloca el automóvil sobre una bancada y posteriormente, un Palpador en


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Máquina CNC se dirige hacia una coordenada y si, al pasar a la inmediatamente

después, no está tocando el chasis, éste envía la señal de un posible error.

La principal desventaja de este tipo de palpadores es que la geometría del objeto puede

ser alterada por la presión ejercida.

A la anterior se añade que no son muy útiles para medir piezas de gran tamaño ni de

geometrías complejas.

Imagen 52 Ejemplo de complejidad geométrica


Los sistemas pueden ser de dos tipos: continuos (el palpador siempre está en contacto

con la superficie de la pieza) y Discretos (el palpador toma un punto, se aleja de la

superficie y busca un nuevo punto para tomar los datos).


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Imagen 53 Máquina CNC de 6 ejes


Programación-Código ISO

El código ISO, comúnmente conocido como el lenguaje “G”, está compuesto por unas

letras en mayúsculas que se las conoces como direcciones.

Las letras se combinan con números y a ese conjunto se le denomina instrucción y

varias instrucciones en la misma línea se llaman bloques.

Imagen 54 Lenguaje “G”



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Imagen 55 Lenguaje “G”


Imagen 56 Ejemplo Uso Máquina CNC



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Ventajas y desventajas de un palpador en máquina CNC

La automatización es el empleo de un equipo especial para controlar y llevar a cabo

los procesos de fabricación con poco o ningún esfuerzo humano y facilitar, pues, su

elaboración. Se aplica en la fabricación de todos los tipos de artículos y procesos desde

la materia prima hasta el producto terminado.

Las ventajas del control numérico computarizado es la facilidad de operación, como

puede ser la programación más sencilla, la mayor exactitud y adaptabilidad y, en cuanto

a temas económicos se refiere, menor coste en su mantenimiento, a lo que se suman

unas ganancias debido a la mayor productividad que posibilita el diseño con

computadora.

La mayor productividad se debe a la disminución del tiempo total de mecanización,

como resultados de la disminución de los tiempos de desplazamiento en vacio y de la

rapidez de los posicionamientos que suministra este tipo de sistemas electrónicos de

control. También, gracias al uso de estas máquinas y a la confianza y repetitividad que

ofrecen, se da una reducción de los controles de calidad y desechos. Esta reducción de

controles permite la eliminación de, prácticamente, toda operación humana posterior,

con la consiguiente reducción de costes y tiempos de fabricación.

Las desventajas son varias:

- Las condiciones que influyen a la hora de decidir si automatizar el proceso o no,

son los crecientes costes de producción, el alto porcentaje de piezas rechazadas,

las demoras en la producción, la escasez de mano de obra y las condiciones

peligrosas de trabajo, factores que deben ser estudiados con cuidado, destacando

el alto coste inicial del equipo, los problemas de mantenimiento y el tipo de

producto.

- La aplicación de las máquinas de control numérico es solo rentable para la

producción en serio de 5 o más piezas, también teniendo en cuenta que su

fabricación será repetida más de una vez al año.


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Para una producción menor a 5 piezas, solo es justificable si su geometría es muy

compleja, aceptando así el uso de un ordenador para su fabricación. En caso de que la

geometría no sea compleja en este tipo de producciones, resulta mucho más económica

su elaboración a partir de máquinas convencionales.

Aplicaciones de un palpador en máquina CNC

El palpador en máquina CNC se utiliza para controlar los movimientos de los

componentes de una máquina por medio de códigos numéricos y alfanuméricos. Las

máquinas y herramientas con control numérico se clasifican de acuerdo al tipo de

operación de corte. Un nuevo

enfoque para optimizar las operaciones de máquina es el control adaptativo. Mientras el

material se esté trabajando, el sistema detecta condiciones de operaciones como son

la fuerza, la temperatura de la punta de la herramienta, la rapidez de desgaste de la

herramienta y el acabado superficial. Estos datos anteriormente mencionados, son

convertidos en control de avance y velocidad que permite a la máquina trabajar en

condiciones optimas para obtener la máxima productividad. Se espera que los controles

adaptativos, combinados con los controles numéricos y las computadoras, produzcan

una mayor eficiencia en las operaciones de trabajos con los metales.

El CNC también es usado en la fabricación de muchos otros productos de ebanistería,

carpintería, etc. Gracias a ellas se ha hecho posible efectuar operaciones de conformado

que era difícil de hacer con máquinas convencionales, como por ejemplo la realización

de superficies esféricas manteniendo un elevado grado de precisión dimensional.

Gracias a ellas, como se ha explicado anteriormente, es posible la fabricación de

elementos con geometrías muy complejas como son las superficies tridimensionales

necesarias en la fabricación de aviones.


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Máquinas de medición de coordenadas (MMC)

Las primeras máquinas de coordenadas en realidad fueron las máquinas de trazos, que

son instrumentos con tres ejes mutuamente perpendiculares a fin de alcanzar

coordenadas volumétricas en un sistema cartesiano para localizar un punto en el espacio

sobre una pieza con tres dimensiones. Se conoce que a finales del año 1962, la firma

italiana DEA construyó la primera máquina de medición cerca de Turín, Italia.

Posteriormente en 1973 la compañía Carl Zeiss creó una máquina, equipada con un

palpador, un ordenador y un control numérico.

Desde entonces han surgido muchas marcas y modelos de máquinas de coordenadas,

que se distinguen entre sí por sus materiales de fabricación utilizados, software

utilizado, versatilidad, alcances de medición, etc.

Imagen 57 Máquinas Medidoras por Coordenadas

Fuente: Universidad Politécnica de Madrid

La Máquina de Medición por Coordenadas (MMC) es un instrumento que sirve para

realizar mediciones dimensionales y de desviaciones de la regularidad geométrica de

objetos con forma simple o compleja.


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Puede ser definida como una máquina que emplea tres componentes móviles que se

trasladan a lo largo de guías con recorridos ortogonales, para medir una pieza por

determinación de las coordenadas X, Y y Z de los puntos de la misma con un palpador

de contacto o sin él y sistema de medición del desplazamiento (escala), que se

encuentran en cada uno de los ejes. Como las mediciones están representadas en el

sistema tridimensional, la CMM puede efectuar diferentes tipos de medición:

dimensional, posicional, desviaciones geométricas y mediciones de contorno.

Puede tener diferentes configuraciones:

Imagen 58 Configuraciones de una MMC


La primera corresponde al tipo “Mesa móvil, Brazo Cantilever”. La segunda al tipo

“Puente Móvil”. La tercera al tipo “Columna”. La cuarta al tipo “Brazo Horizontal y,

por último, la quinta al tipo “Puente-Piso.

De la misma manera, también posee diferentes configuraciones de los palpadores:


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Imagen 59 Disposición de los palpadores de un MMC

Para realizar las mediciones lo primero es definir un punto (0, 0,0) de referencia, ya sea

sobre la propia pieza o el que, por defecto, trae la máquina.

Hay MMC de distintas dimensiones, tipos, materiales y exactitudes de medición y para

aplicación en laboratorios de metrología, laboratorios industriales y en las líneas de

producción.

Imagen 60 Obtención de los puntos de medida mediante palpado


Aunque las MMC son diferentes entre sí, dependiendo del volumen de medición y la

aplicación para las que son fabricadas, todas operan bajo el mismo principio: el registro


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de una pieza con una técnica de medición punto a punto, asignando a cada uno de éstos

una terna de coordenadas referido a un sistema coordenado en 3D; y la vinculación

numérica de las coordenadas asignadas a los puntos, con una geometría espacial

completa de la pieza a través de un software de medición en un equipo de

procesamiento de datos.

Los software comerciales básicos de MMC cuando menos, manejan los elementos

geométricos regulares como son el punto, la línea, el plano, el círculo, la esfera, el

cilindro y el cono.

Los procedimientos de medición y procesamiento de datos de las CMM, poseen una

serie de características descritas a continuación:

- Se tiene un sistema de posicionamiento que provoca que el palpador alcance

cualquier posición en X, Y o Z; este sistema de posicionamiento puede ser

accionado a través de unos motores, que a su vez, poseen unos codificadores

ópticos rotatorios, los que producirán una señal adecuada para activar un

contador que incremente su número en relación a la posición del eje con

respecto de su origen.

- En este sistema como en otros es de primordial importancia la existencia de un

origen para poder determinar la posición.

- El sistema dispondrá además de un palpador que al ser accionado, hará que los

datos del contador del sistema de posicionamiento sean trabajados por la unidad

principal de la CMM y sean transformados en coordenadas X, Y Z y además se

apliquen las fórmulas programadas para después desplegar los datos en una

pantalla de cristal líquido.

- El sistema también posee una palanca de control que acciona directamente los

servomotores provocando un desplazamiento manual de cada uno de los ejes.

Algunos sistemas MMC poseen un teclado para introducir los datos.

Como se mencionó anteriormente el palpador que se encuentra en el extremo inferior

del eje Z se acciona al toque de la pieza que se desea medir.


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En resumen, una máquina de medida por coordenadas es pues un instrumento de medida

absoluta de precisión capaz de determinar la dimensión, forma, posición y "actitud"

(perpendicularidad, planaridad, etc.) de un objeto midiendo la posición de distintos

puntos de su propia superficie.

Imagen 61 Máquina de medición por coordenadas


Sistemas de palpado

La MMC debe realizar las mediciones sobre la pieza adquiriendo datos de medición

mediante el palpador. Una vez que se enciende la MMC ó que se empieza un programa

de medición el operador debe asegurarse de calificar ó reconocer la ubicación y

diámetro de la esfera de palpación; para ello se usa una esfera calibrada en diámetro y

forma de referencia de unos 30 mm y una rutina para el reconocimiento de la esfera de

palpación.


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Imagen 62 Sistema de palpado

Hay gran variedad de cabezales ópticos y de contacto.

Imagen 63 Cabezales de contacto

Medición de ángulos

En función de los requerimientos de precisión, hay dos tipos de sistemas de medida

angulares: sistemas angulares y encoders rotativos.

- Sistemas angulares de medida:

El término sistema angular es típicamente empleado para describir aquellos que tienen

un grado de precisión mejor de ± 5'' y un número de impulsos por vuelta superior a


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10000. Estas unidades son empleadas en aplicaciones tales como mesas giratorias NC,

cabezales basculantes de máquinas herramienta, aparatos de división, mesas de

medición angular de alta precisión, dispositivos de precisión en metrología angular,

antenas y telescopios.

- Encoders rotativos :

Los encoders rotativos de HEIDENHAIN son empleados como sensores de medición

para movimientos giratorios, velocidad angular y también en movimientos lineales

cuando son usados en conjunto con dispositivos mecánicos como husillos. Áreas de

aplicación incluyen motores eléctricos, máquinas herramienta, máquinas de impresión,

maquinaria para la madera, maquinaria textil, robots y dispositivos de manipulación, así

como en diferentes dispositivos de medición, verificación e inspección.

Con sistemas angulares y encoders rotativos incrementales, la posición actual viene

determinada iniciando el contaje de la graduación a partir de un origen, o subdividiendo

y contando los periodos de señales. Los encoders incrementales de HEIDENHAIN

disponen de marcas de referencia que tras deben ser sobrepasadas tras la conexión para

restablecer el origen de contaje. Encoders rotativos incrementales con señales de

conmutación suministran el valor de posición angular del eje, sin movimiento rotativo

previo, con la suficiente precisión para corregir el control de fases del campo de

rotación de un motor trifásico de imanes permanentes.

Sistemas angulares y encoders rotativos absolutos no requieren de un movimiento

previo para suministrar el valor actual de la posición. Encoders de simple vuelta

facilitan el valor de posición actual dentro de una revolución, mientras que los encoders

multivuelta distinguen diferentes revoluciones. Los sistemas angulares y encoders

rotativos absolutos de HEIDENHAIN suministran los valores de posición a través de

EnDat, SSI, PROFIBUS-DP u otros interfaces serie. El interfaz bidireccional EnDat

PROFIBUS-DP permite la configuración automática con electrónicas de alto nivel y

provee de funciones de monitorización y diagnóstico. Con los encoders rotativos


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programables, el cliente puede ajustar varias funciones y parámetros del encoder desde

un PC con el software suministrado.

Encoders modulares magnéticos de la serie ERM 200:

La robusta serie de encoders modulares magnéticos ERM están especialmente

diseñados para su uso en máquina de producción. Su gran diámetro de eje hueco así

como sus dimensiones contenidas y diseño compacto del captador les predestinan para:

o Eje C en tornos

o Orientación del cabezal en fresadoras

o Ejes auxiliares

o Integración en engranajes

Imagen 64 Encoders

Alineamientos

Al colocar la pieza sobre la mesa de coordenadas, no queda perfectamente paralela a los

ejes de medición de la MMC, de tal forma que si se quiere medir un punto en el espacio

de la pieza se estará introduciendo un error de alineamiento. A fin de eliminar este error

es necesario alinear la pieza para que quede paralela a las escalas de medición. Dos

métodos puede emplearse: 1. se puede alinear mecánicamente, es decir manualmente, 2.

mediante el software de la MMC, que consiste en rotar ó asignar los ejes de la MMC a

los ejes de la pieza. Es decir (Xm, Ym, Zm) coordenadas máquina pasarán a ser (Xp,

Yp, Zp) coordenadas pieza.


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Imagen 65 Alineamientos de una MMC

Aplicaciones de una máquina de medición por coordenadas MMC

Las máquinas de medir por coordenadas (MMC) se utilizan para las siguientes

aplicaciones:

- Control de la correspondencia entre un objeto físico con sus especificaciones

teóricas (expresadas en un dibujo o en un modelo matemático) en términos de

dimensiones, forma, posición y actitud.

- Definición de características geométricas dimensionales (dimensiones, forma,

posición y actitud) de un objeto, por ejemplo un molde cuyas características

teóricas son desconocidas.

Entorno de una MMC

Los costes asociados a una máquina de medir por coordenadas van generalmente más

allá de la propia máquina. En efecto, la ubicación de la misma y las condiciones de su

entorno deben cumplir diversos requisitos para que los resultados de la medición sean

fiables.

Una MMC puede ser instalada en distintos ambientes de trabajo, que en mayor o menor

medida estarán bajo la influencia de los siguientes factores externos:


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Tabla 1. Características del entorno de una MMC

Ante la presencia de este tipo de circunstancias, se puede actuar de dos maneras: o bien

se usa una máquina que esté adecuada para funcionar en este tipo de condiciones, o bien

se toman las medidas pertinentes para que la máquina pueda funcionar de forma

correcta sin factores perturbadores.

Para la segunda de las maneras escritas anteriormente, en cuanto a las partículas en

suspensión se refiere, las medidas a tomar pueden consistir en aislar la máquina en el

interior de una cabina o también, en carenarla, incluso presurizándola internamente para

impedir que penetren estas partículas.

En el caso de las variaciones térmicas se habla de la compensación, la cual puede ser

térmica lineal o térmica estructural. La primera de ellas solo tiene en cuenta las

variaciones que pueden originarse en el sensor lineal mientras que la segunda considera

el efecto de las variaciones de la temperatura en la estructura mecánica.

Para poder llevar a cabo la compensación se pueden emplear cabinas, aunque el uso de

éstas depende el tamaño de la máquina, pues para máquinas de gran tamaño podría

suponer un coste muy elevado. Por el contrario para máquinas cuyo volumen no supere

los 100 m2 se trata de la elección más adecuada.

Suciedad Temperatura / Humedad Vibraciones

Ambientes limpiosGradientes térmicos

temporalesFrecuencia

Ambientes contaminados:

partículas en suspensión

(humedad, aceite, polvo,

otras partículas)

Gradientes térmicos

espacialesAmplitud


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Se debe tener en cuenta que en dichas cabinas, para evitar los gradientes de temperatura

espaciales y que ésta sea la misma en cualquier punto de la máquina impidiendo así

deformaciones en su estructura mecánica; es preciso que haya una correcta recirculación

del aire en su interior.

Por último, para poder evitar el efecto de las vibraciones se puede emplear una buena

cimentación o masa sísmica o bien, asilar a la máquina por medio de elementos anti

vibrantes tanto pasivos como activos ya sea con amortiguadores neumáticos, resortes,

elementos viscosos, etc. Esta opción, al igual que con las cabinas, depende de las

dimensiones de la máquina pero además, de la frecuencia con la que ocurren las

vibraciones.

Independientemente de todo esto, cuando se pretende instalar una máquina de este tipo

en un ambiente como es el industrial, es conveniente realizar un correcto estudio

detallado de las vibraciones de dicho ambiente.

En la siguiente imagen puede observarse como afectan los errores de guiado y las

condiciones térmicas a las MMC.

Imagen 66 Errores de guiado y efectos térmicos



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Calibración de una máquina de coordenadas

Para la calibración de las máquinas de coordenadas existen diversos métodos, siendo los

más utilizados por estar normalizados, los siguientes:

o Los basados en la utilización de bloques patrón.

o A partir de columnas de bloques patrón escalonados.

Tras situar estos patrones materializados en diversas posiciones y orientaciones

espaciales, se determinan las desviaciones en la medición, respecto al valor certificado

de los patrones.

Se obtienen así distintas expresiones de la incertidumbre de medición, en función de la

longitud de medida, tanto para mediciones según los ejes, como en el plano o en el

espacio.

Imagen 67 Calibración de las MMC


Existen también otros métodos basado en la utilización de placas dotadas de orificios de

sección esférica, o de esferas mediante las que se pueden evaluar las prestaciones de la

máquina.

Utilizando métodos específicos se pueden eliminar la influencia de los errores de guiado

de las mismas.


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Imagen 68 Calibración de MMC



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Diagrama de flujo de una MMC

Imagen 69 Diagrama de flujo de una MMC


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Otros tipos de máquinas de coordenadas

Actualmente, existen otras configuraciones de MMC, que no necesariamente funcionan

con

Tres ejes mutuamente perpendiculares entre sí, pero que también son capaces de medir

en un sistema de 3 coordenadas. Los llamados “brazos de medición” son instrumentos

que consisten de tres brazos articulados con escalas angulares en cada articulación y con

un palpador en uno de sus extremos para palpar las piezas que se requieren medir, tiene

la ventaja de ser MMC portátiles aunque su alcance de medición es limitado a una

semiesfera de unos 1200 mm de radio.

Los llamados “seguidor láser”, que consiste en un láser que es reflejado en un retro

reflector contenido en una semiesfera, el haz de luz sigue en forma automática a la

semiesfera que hace las funciones de un palpador; su alcance de medición es el de una

semiesfera de unos 125° en un ángulo de elevación (plano vertical) y unos 270° en el

ángulo azimut (plano horizontal) y con alcance de medición de unos 35 m a 40 m, la

ventaja de estos instrumentos es su largo alcance de medición, que son portátiles, y que

no requieren una estructura rígida para desplazar el palpador; éste es desplazado por el

operador sobre la pieza bajo inspección.

Imagen 70 Brazos Robots


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Imagen 71 Comparación Medición Convencional y Coordenada

1.1.7.2.- Digitalización sin contacto

Son aquellos sistemas en los cuales no existe ningún tipo de contacto entre el palpador y

la superficie de la pieza a medir.

A diferencia de los digitalizadores con contacto, estos cuentan con una mayor

velocidad, capaces de capturar millones de datos en tiempos muy cortos, los materiales

blandos pueden ser medidos mediante esta técnica sin ser deformados, aunque para

materiales transparentes y reflexivos no resultan adecuados debido a los sensores

ópticos utilizados; algunas veces según la forma de la pieza requieren de una

orientación especial para lograr captar dimensiones en estas zonas, disminuyendo así un


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poco la eficiencia durante la digitalización. Ésta constituiría una de las desventajas de

esta tecnología, pues se pierde tiempo posicionando el cabezal adecuadamente. Se trata

de una de sus pocas limitaciones. Es por esto que muchas veces es necesaria la creación

de estrategias de escaneado, caminos y direcciones a seguir para la nube de puntos, con

el fin de lograr una mayor precisión en la toma de datos.

Existen estudios realizados para la generación automática de estrategias de

digitalización conocida la geometría de la pieza [1], lo que minimiza en gran medida el

tiempo de preparación. Generada la estrategia de escaneado, se extrae primero la

secuencia de puntos (nube de puntos) que luego servirá para definir el modelo

poligonal, el modelo de NURBS y por último la superficie del modelo del CAD que

permitirá fabricar la pieza.

El modelo de NURBS está constituido por representaciones matemáticas de geometría

en 3D capaces de describir cualquier forma con precisión, desde simples líneas en 2D,

círculos, arcos o curvas, hasta los más complejos sólidos o superficies orgánicas de

forma libre en 3D. Gracias a su flexibilidad y precisión, se pueden utilizar modelos

NURBS en cualquier proceso, desde la ilustración y animación hasta la fabricación.

Una aplicación destacada de este tipo de modelos es la reproducción exacta y,

técnicamente, en cualquier momento de las carrocerías de automóviles, las superficies

de exteriores aeroespaciales y los cascos de los barcos. Las anteriores representaciones

de este tipo de diseños sólo podían hacerse con modelos físicos o maquetas realizadas

por el diseñador o ingeniero.

Para este tipo de captación de nube de puntos se pueden definir cuatro clases:

o Sistemas de digitalización láser.

o Sistemas de digitalización ópticos.

o Sistemas de digitalización topográficos y telemetría.


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Digitalización láser

Este tipo de sistemas utilizan un haz láser de baja potencia en vez de un palpador, el

cual permite el escaneo de la pieza.

El proceso de captura de la nube de puntos consiste en la proyección del láser sobre la

superficie a digitalizar, el cual se refleja sobre dos células fotosensibles CCD, las cuales

se encuentran ubicadas a ambos lados del láser, encargadas de transmitir los datos

obtenidos al software.

La ventaja de este tipo de digitalización frente a las otras es que resulta muy rápido,

preciso, y es muy útil para la toma de puntos en piezas de cualquier tipo de tamaño sin

importar textura, cavidades, ángulos, etc.

Esta tecnología de digitalización por medio de un láser funciona mediante el principio

de Snell, la ley de la refracción. Esta ley determina la forma de un objeto dependiendo

del tiempo que tarda una onda en llegar a cierto punto, y su superficie se determina de

acuerdo a la intensidad de la onda generada.

El procedimiento para digitalizar un producto es el siguiente:

Imagen 72 Procedimiento de digitalización

La primera imagen corresponde a la preparación del modelo, la segunda a su

digitalización y la tercera a su modela en 3D.

Este tipo de sistemas están basados en el principio de triangulación para obtener los

puntos que describen la pieza de estudio.


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El principio de triangulación se realiza mediante la presencia de dos partes implicadas:

un emisor (láser) y un receptor (producto); una vez el rayo láser emite una onda, este es

recibido por el producto en el cual se refracta formando un Angulo, esta refracción se

devuelve nuevamente hacia el láser en forma de onda y mediante el trabajo de dos

células fotosensibles ubicadas a cada lado del láser y dependiendo de la intensidad de

estas el sensor láser es capaz de medir la distancia a la cual se encuentra el punto de él y

transmitirle la información al software.

- Durante el proceso de triangulación existen varios factores que influyen en el

sistema:

- Cuanto más cerca esté la pieza del sensor, éste logrará una mayor precisión.

- Entre más tiempo se exponga el láser a la captura de información, se logrará una

mejor captura de información.

- El rayo láser debe en lo posible ubicarse, si es posible de manera perpendicular a

la superficie a medir, de tal forma que capture información de la pieza y no de

otros elementos del área.

Imagen 73 Creación de una nube de puntos mediante digitalización láser


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Ejemplo de diseño por medio de la digitalización láser

Para ello se empleó el Escáner NextEngine, el cual constituye una tecnología multiláser

el cual captura de una forma precisa el objeto por medio del software desarrollado y

comercializado por la misma empresa. Para el proceso de digitalización se necesita de la

presencia del escáner, el objeto a digitalizar y la plataforma de ubicación del objeto la

cual cuenta con un área de 13.5” * 10.1” como máximo.

Este láser cuenta con una precisión en la adquisición de datos entre +/- 0.005” y +/-

0.015”, un sensor de 3.0 mega pixeles y una plataforma que puede resistir un peso

máximo de 20 lb, la velocidad de adquisición de datos es de 50.000 puntos / seg y 90

seg / escaneo de cara.

Para el proceso se digitalizó un balón de futbol americano, lo cual se realizo alrededor

de una hora y 30 minutos. Para realizar el proceso se empleó una plataforma en una

mesa fija debido a que el sensor en muy sensible y captura cualquier tipo de

interferencia en el momento de digitalizar.

Durante el proceso de digitalización el escáner debió realizar varias pasadas con el láser

por el objeto con el fin de obtener todas las caras y, acto seguido, mediante el software

empezó a unir las caras y formar el objeto.

Cuando se finalizó el escaneo y se unieron todas las caras, es decir, se obtuvo el balón

digitalizado, se procedió a exportar el archivo en extensión SCN (Next Engine) hacia un

software CAD compatible para que se realicen las mediciones y correcciones

correspondientes.


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Imagen 74 Digitalización de un balón de fútbol americano.

Imagen 75 Digitalización mediante el software NextEngine

Digitalización por medio de luz blanca estructurada

Esta tecnología utiliza tecnología óptica, topometría 3D y procesado digital de la

imagen para obtener las coordenadas x,y,z de los puntos que representan las superficies

del objeto.

Basado en la técnica de triangulación por luz blanca estructurada.

La cámara capta las deformaciones que se producen en el patrón proyectado (líneas

blancas y negras), a partir de las cuales calcula la nube de puntos de las coordenadas 3D

de la superficie.


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Imagen 76 Digitalización Luz Blanca Estructurada

Fuente: Instituto tecnológico de Aragón

Este tipo de tecnología requiere un emisor de luz (planos de luz) y un receptor de la

información (líneas rectas de luz).

El cálculo de la profundidad se realiza mediante la resolución de las intersecciones

plano-recta.

Imagen 77 Digitalización Luz Blanca Estructurada


A esta tecnología siempre va unida la fotogrametría, la cual es explicada más adelante.

Sobre el objeto a digitalizar, se colocan marcas que sirven como referencia de la pieza a

medir. Mediante la técnica de la triangulación, se traza el “esqueleto” del objeto.


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Se requiere un sistema de apoyo para la digitalización de volúmenes de grandes

dimensiones, y/o piezas que necesiten una mayor exactitud.

Aplicaciones de la digitalización por medio de luz blanca estructurada

A partir de la digitalización se puede:

o Obtener de un modelo STL la representación virtual: catálogos o páginas web.

o Obtener un modelo STL para la realización de una réplica de la pieza original

mediante técnicas de Prototipado Rápido: Obtención de réplicas de objetos

artísticos o arqueológicos.

Imagen 78 Modelo STL


o Comparar la geometría de la pieza obtenida por digitalización respecto al

modelo CAD 3D: inspección y verificación dimensional del caso real frente al

modelo teórico.

Imagen 79 Comparación Pieza y Modelo



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o Obtener un modelo de elementos finitos directamente de la digitalización sin

necesidad de pasar por la generación del CAD 3D: cálculo estructural, térmicos

y otras simulaciones, sobre el caso real.

Imagen 80 Obtención Directa Modelo Finito


o Obtener un modelo STL para mecanización de la pieza mediante CNC:

aplicación:

Reconstrucción de moldes de inyección o matrices o joyería.

Imagen 81 Obtención Modelo STL



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- Caso de aplicación sobre pieza de inyección de moldes

Imagen 82 Pieza a digitalizar


El proceso seguido ha sido:

o Selección del área y calibración del equipo

Imagen 83 Selección del área y calibración del equipo



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o Pintado de pieza y ubicación de pegatinas digitalización

Imagen 84 Pintado de pieza y ubicación de pegatinas


o Digitalización

Imagen 85 Digitalización



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o Tratamiento de la nube. Obtención del fichero .stl

Imagen 86 Obtención del fichero .stl


o Tratamiento de la nube. Alineación, filtrado y cerrado de agujeros

Imagen 87 Alineación, filtrado y cerrado de agujeros



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o Curvas características y generación de superficies

Imagen 88 Alineación, filtrado y cerrado de agujeros


o Comparación del modelo digitalizado con modelo CAD

Imagen 89 Comparación con el modelo CAD



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Fotogrametría

Es un tipo de tecnología que se basa en las características que definen el funcionamiento

de la visión humana.

La visión humana funciona ensamblando las dos vistas monoculares, recibidas, como

resulta evidente, de cada uno de los ojos; y esto permite formar la visión tridimensional

del objeto.

Esto es lo que se denomina, visión estereoscópica, la cual permite al ser humano por

ejemplo, si está observando la parte frontal de un edificio, intuir que más allá se

extiende el resto del mismo.

La fotogrametría, se basa en ello. Es decir, toma como referencia dos puntos de vista de

un objeto y crea a partir de ellos, el modelo tridimensional de él.

El objetivo de esta técnica es obtener la nube de puntos del objeto que está estudiando.

La fotogrametría digital trabaja con fotografías en formato digital.

Las cámaras que habitualmente se utilizan para realizar trabajos fotogramétricos se

denominan cámaras fotogramétricas, las cuales están calibradas en laboratorios para

conocer con exactitud el grado de distorsión de la lente, la distancia focal y la

intersección del eje óptico con el plano del CCD (punto principal).

Además se encuentran diseñadas para reducir la deformación de la geometría

establecida por el sistema objeto-cámara-imagen.

Imagen 90 Cámara fotogramétrica

Fuente: http://solve3d.net


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Existen diferentes tipos de reconstrucción:

Reconstrucción dispersa

Se basa en obtener las coordenadas tridimensionales de ciertas partes de la escena, las

cuales pueden ser bordes, esquinas u otro tipo de puntos característicos. Por lo general

este tipo de reconstrucción se utiliza en aplicaciones que necesitan conocer el entorno

rápidamente y sin mayor detalle.

Reconstrucción densa

Busca obtener la totalidad de los puntos proyectados de cada objeto de la escena.

Principalmente se utiliza para aplicaciones relacionadas con la graficación, realidad

virtual y cualquier otra cuyo objetivo sea modelar digitalmente de manera realista una

escena del mundo.

El principal problema de este proceso es su consumo computacional.

Interferometría

En óptica se refiere a patrones de batidos, producidos por la superposición de dos o más

patrones geométricos que, aproximadamente se encuentran a la misma distancia.

Dependiendo del tipo y forma de cada patrón se obtiene un significado físico respectivo.

Al usar estos patrones en interferometría se pueden realizar mediciones de formas de

objetos y defectos que ellos posean, incluso utilizando luz blanca.

En la representación de estos patrones, los mismos representan líneas planas y las

distancia entre ellas, la longitud de onda.

Las líneas rectas representan la intersección de un plano de fase constante con el plano

de la figura. Superponiendo los dos conjuntos de líneas se podría pensar en la

superposición de dos ondas planas con un ángulo α entre sus direcciones de

propagación. Donde las dos ondas están en fase se observan franjas brillantes

(interferencia constructiva), y donde están fuera de fase resultan franjas oscuras

(interferencia destructiva), incluso con diferentes ángulos α de inclinación.


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Todo ello puede observarse en la siguiente imagen:

Imagen 91 Patrones Interferometría

Al proyectar el patrón sobre un objeto se captura una imagen que más tarde es

procesada por un software de tratamiento de datos.

Ultrasonidos

Son una onda acústica cuya frecuencia está por encima del espectro audible del oído

humano (aproximadamente 20.000 Hz).

Son utilizados para la creación de imágenes tridimensionales, así como para medir

distancias, o en diversos campos como la medicina.

Telemetría

Esta técnica consiste en medir el tiempo que tarda en recorrer el laser la distancia hasta

la superficie de medida. Se puede medir de dos formas: con la medida del tiempo de

vuelo y el cálculo por diferencia de fase. En el primer caso los datos se obtienen

midiendo el tiempo entre la emisión del impulso luminoso y la observación del retorno.


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En el segundo se regula el impulso luminoso siguiendo una frecuencia determinada y se

mide el desfase entre el rayo emitido y la luz retornada.

Digitalización óptica

Este sistema de digitalización resulta más rápido que el de digitalización por medio de

láser; de hecho, son los más rápidos en la actualidad. Está constituido por los sistemas

de visión óptica, los cuales se basan en la proyección de luces o sombras blancas y

negras sobre el objeto; una vez ocurre esto se toman varias fotografías con una cámara

CCD y con estas se analiza la deformación de las luces con lo cual en pocos segundos

se obtiene la nube de puntos (hasta 1.3 millones de puntos) para reconstruir el objeto en

3D. La ventaja de este sistema es que en vez de utilizar luz láser utilizan luz blanca la

cual es mucho más segura y menos nociva para la salud. Así mismo, durante la captura

de la nube de puntos, no es necesario el movimiento del cabezal ya que son capaces de

digitalizar toda un área completa. Como desventaja se encuentra que son sistemas de

baja precisión.


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Imagen 92 Ejemplo de digitalización óptico

Aplicaciones de digitalización óptica

- Ingeniería inversa

Las aplicaciones de esta tecnología son muy variadas, entre las cuales se destacan las

relacionadas con la ingeniería inversa:

o Escaneado en 3D a formato CAD

o Modelado en 3D

o Desarrollo de herramientas y plantillas de guía

o Mantenimiento, reparación y puesta a punto (en inglés, MRO)

o Ingeniería inversa y diseño de embalajes

La ingeniería inversa es un proceso basado en el análisis y la recreación del diseño de

un producto, con el uso de piezas físicas como punto de partida. En el diseño de

embalajes están involucrados dos objetos fundamentales: el producto y su embalaje. Por


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tal razón, la ingeniería inversa en la industria de embalajes puede requerir que se tengan

que conocer las dimensiones de ambos objetos. Al diseñar embalajes a la medida para

productos específicos, se pueden capturar sus dimensiones y utilizarlas como referencia

a fin de construir el modelo 3D CAD del embalaje. Luego de dicha operación se pueden

fabricar correctamente los moldes con base en el modelo CAD. Además, los moldes y

los embalajes mismos se pueden digitalizar a efectos de capturar partes del diseño y

realizar comparaciones 3D con el modelo CAD de referencia para controlar la calidad.

Imagen 93 Ingeniería Inversa y Gigantes

Imagen 94 Objetos de Ingeniería Inversa


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Los pasos cruciales de la ingeniería inversa son capturar, en forma precisa y eficiente,

las dimensiones del objeto y luego extraer la información necesaria del barrido

resultante a efectos de crear nuevos diseños que cuenten con las características

correctas. De hecho, el principal desafío de la industria del embalaje siempre será que

las piezas calcen perfectamente.

Imagen 95 Ingeniería inversa y diseño de embalajes


Dado que el diseñador quiere recrear el diseño funcional de la pieza original o construir

un embalaje a partir del objeto, la captura debe ser precisa y proporcionar toda la

información necesaria para reproducir un modelo de referencia para la pieza que se va a

fabricar. El escáner proporciona modelos de malla totales y precisos.

Imagen 96 Ingeniería inversa y diseño de embalajes. Modelos



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o Análisis de elementos finitos (en inglés, FEA)

Un ejemplo claro de cómo está avanzando esta tecnología a pasos agigantados es el de

los sistemas de digitalización óptica CMM, MetraSCAN 3D de mano, sin brazo, que

ofrecen las soluciones de digitalización y sondeo más precisas disponibles en el

mercado, tanto para el laboratorio como la fábrica. Junto con HandyPROBE, está

completa y eficaz solución incrementa la fiabilidad, velocidad y versatilidad del proceso

de medición, ya sea en aplicaciones de metrología o de ingeniería inversa a gran escala.

Los escáneres MetraSCAN 3D hacen posible ampliar el volumen de medición de forma

sencilla y dinámica sin perder precisión. Comparados con otros escáneres 3D con

brazos articulados, permiten una libertad de movimiento absoluta, que se traduce en una

mayor calidad y productividad.

Imagen 97 Escáner MetraSCAN 3D


Cuenta también con la capacidad de alineación automática. El sistema es capaz de crear

y reconocer modelos con referencias múltiples.

Cuando se utiliza para medir plantillas o guías mecánicas, la función de alineación

automática crea una referencia fija que puede invocarse varias veces sin necesidad de

volver a añadir información, como se muestra a continuación:


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Imagen 98 Escáner MetraSCAN 3D. Referencia


También permite aumentar el volumen de trabajo sin que sea consecuente la pérdida de

información:

Imagen 99 Escáner MetraSCAN 3D. Grandes Volúmenes



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Imagen 100 Fases principales reconstrucción superficies de formas libres

Nube depuntosFormato.ASCII;SRF,,IGES

Pre-procesadoCreación de tramas de puntos

(rejillas)

FicheroFormato.BIN

Creación de curvas

ModeladonuméricoEstándar

Generación deuna malla

Generación deuna superficie

Control ymodificación


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Máquinas de medición por tomografías (Rayos X)

Tomografía viene del griego τομον que significa corte o sección y de γραφίς que

significa imagen o gráfico. Por tanto la tomografía es la obtención de imágenes de

cortes o secciones de algún objeto. La posibilidad de obtener imágenes de cortes

tomográficos reconstruidas en planos no transversales, ha hecho que en la actualidad se

prefiera denominar a ésta técnica tomografía computarizada o TC en lugar de TAC.

En lugar de obtener una imagen de proyección, como la radiografía convencional, la TC

obtiene múltiples imágenes al efectuar la fuente de rayos X y los detectores de radiación

movimientos de rotación alrededor del objeto de estudio. La representación final de la

imagen tomográfica se obtiene mediante la captura de las señales por los detectores y su

posterior proceso mediante algoritmos de reconstrucción.

En los fundamentos de esta técnica trabajaron de forma independiente el ingeniero

electrónico y físico sudafricano nacionalizado norteamericano Allan McLeod

Cormack y el ingeniero electrónico inglés Godfrey Newbold Hounsfield, que dirigía la

sección médica del Laboratorio Central de Investigación de la compañía EMI. Ambos

obtuvieron de forma compartida el Premio en 1979.

Sin embargo, íntegramente relación con este tipo de tecnología está la reconstrucción de

una imagen tridimensional a partir de múltiples imágenes axiales planas cuyas fórmulas

matemáticas fueron desarrolladas por el físico J. Radon, nacido en Austria en 1887.

Tras su trabajo las fórmulas existían, pero no así el equipo de rayos X capaz de hacer

múltiples “cortes” ni la máquina capaz de hacer los cálculos automáticamente.

Su funcionamiento consiste en la emisión de un haz colimado de rayos X que incide

sobre el objeto que se estudia. La radiación que no ha sido absorbida por el objeto es

recogida por los detectores. Luego el emisor del haz, que tenía una orientación

determinada (por ejemplo, estrictamente vertical a 90º) cambia su orientación (por

ejemplo, haz oblicuo a 95º). Este espectro también es recogido por los detectores. El

ordenador 'suma' las imágenes, promediándolas. Nuevamente, el emisor cambia su

orientación (según el ejemplo, unos 100º de inclinación). Los detectores recogen este

nuevo espectro, lo 'suman' a los anteriores y 'promedian' los datos. Esto se repite hasta


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que el tubo de rayos y los detectores han dado una vuelta completa, momento en el que

se dispone de una imagen tomográfica definitiva y fiable.

No obstante, esta tecnología ofrece una serie de riesgos ya que siempre existe la leve

posibilidad de cáncer como consecuencia de la exposición excesiva a la radiación. Sin

embargo, el beneficio de un diagnóstico exacto es ampliamente mayor que el riesgo,

medicamente hablando.

Imagen 101 Representación de un fémur

Representa el resultado en imagen de una sola incidencia o proyección (vertical, a 90º).

Se trata de una representación esquemática de un miembro, por ejemplo un muslo. El

color negro representa una densidad elevada, la del hueso. El color gris representa una

densidad media, los tejidos blandos (músculos).

Imagen 102 Representación de un fémur

El ordenador dispone de datos de cuatro incidencias: 45º, 90º, 135º y 180º. Los perfiles

de la imagen son octogonales, lo que la aproximan mucho más a los contornos

circulares del objeto real.


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Aplicaciones de la máquina de medición por tomografía

Mayoritariamente el campo de la medicina abarca sus aplicaciones:

Las primeras TC fueron instaladas en España a finales de los años 70 del siglo XX. Los

primeros TC servían solamente para estudiar el cráneo, fue con posteriores generaciones

de equipos cuando pudo estudiarse el cuerpo completo. Al principio era una exploración

cara y con pocas indicaciones de uso. Actualmente es una exploración de rutina de

cualquier hospital, habiéndose abaratado mucho los costes. Ahora con la TC helicoidal,

los cortes presentan mayor precisión distinguiéndose mejor las estructuras anatómicas.

Las nuevas TC multicorona o multicorte incorporan varios anillos de detectores (entre 2

y 320), lo que aumenta aún más la rapidez, obteniéndose imágenes volumétricas en

tiempo real.

También se usa la TC de cuarta generación. El tubo gira dentro del gantry que contiene

múltiples detectores en toda su circunferencia. La mesa con el paciente avanza

progresivamente mientras se realiza el disparo.

Imagen 103 Reconstrucción en 3D de un cráneo humano por tomografía


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1.1.7.3.- Compendio comparativo de las diferentes tecnologías

Tabla 2. Comparación Distintas Tecnologías

Tipo de TecnologíaVentajas Inconvenientes

Palpador táctil puntoa punto

Muy preciso (1/100 mm) Independiente del color y latextura Óptimo para la digitalizaciónde piezas mecánicas

Muy lento (30 pts /seg) Presión de contacto. Volumen de trabajo limitado Necesidad de corregir el radio delpalpador

Fotogrametría Rango de medida elevado Campos de aplicación

Baja precisión Lento

Sistemas ópticos. Luzestructurada

Muy rápido (hasta 50.000pts/seg) Distancia de trabajo variable Mide objetos móviles Tamaño de escena grande

Depende del aspecto de la superficie Precio Precisión variable Post-procesado complejo Utilización compleja

Ultrasonidos

Precio Versatilidad Amplias posibilidades demedición (medio gaseoso,líquidos)

Rango de medida muy estrecho(máximo 2m) Muy dependiente de la resonanciaacústica del material y de las condicionesambientales Precisión variable

Láser por puntos Buena precisión (1/10 mm) Relativamente rápido (de 50 a300 pts/seg) Distancia de trabajo variable

Dependiente del acabado y aspecto dela superficie Precio Poco adaptado para relievescomplejos Precisión variable. Sensible a losruidos

Láser por planos Muy rápido (hasta 10.000pts/seg) Distancia de trabajo variable Buena precisión (1/10 mm)

Depende del acabado y aspecto de lasuperficie Precio Sensible a los ruidos. Precisiónvariable Utilización delicada

Telemetría láser

Grandes rangos de medida Buena precisión a grandistancia (hasta 300m) Muy rápido (hasta 200.000pts/seg)

Depende del aspecto de la superficie Precio muy elevado

Interferometría Alta precisión Precio muy elevado y utilizacióncompleja


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1.1.7.4.- La clave del éxito de la Ingeniería Inversa

Tabla 3. Claves del éxito de la Ingeniería Inversa

Medio de

captura de datos

digitalizados

Principio Precisión Velocidad Enfoque Principal

Escáner LaserBarrido Láser de la

piezaBuenas Media

Piezas pequeñas y

medianas con

formas libres

Mesa de

Medición de

Coordenadas y

Palpadores

Palpado mecánico de

las piezas por medio

de una probeta sujeta

a un brazo o a ejes

móviles

Excelente Baja

Piezas con figuras

geométricas de

poca forma libre

Digitalizador

óptico

Tomas por medio de

cámaras utilizando

fotogrametría

Excelente Alta

Piezas de cualquier

tamaño,

principalmente de

forma libre


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1.1.8.- Memoria del equipo utilizado

1.1.8.1.- Instrumentación y útiles

Ordenador portátil Marca HP Modelo: Elitebook 8760; con las siguientes

características:

o Windows® 7 Professional 64 original

o Procesador Intel® Core™ i7-2630QM

o 4GB Memoria

o 500GB Disco Duro SATA

o Wireless, Bluetooth, webcam

o Tarjeta gráfica NVIDIA Quadro 3000M con 2 GB de memoria de vídeo GDDR5

dedicada

Imagen 104 Ordenador Portátil Empleado

Fuente: Propia

Fue necesario el empleo del ordenador portátil a la hora de calibrar el brazo láser y de

escanear el rodete, dado que posibilita ver la representación en momento real de la nube

de puntos tomada, lo cual permitió realizar cualquier variación necesaria para la

correcta toma.


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Calibre

Imagen 105 Calibre

Fuente: Propia

El calibre, también denominado pie de rey, es una herramienta usada para medir

dimensiones de objetos bastante pequeños, desde centímetros hasta fracciones de

milímetros (1/10de milímetro, 1/20 de milímetro, 1/50 de milímetro).

Mediante piezas especiales en la parte superior y en su extremo, permite medir

dimensiones internas y profundidades.

Posee dos escalas: la inferior milimétrica y la superior en pulgadas.

Imagen 106 Calibre

Fuente: http://metrologia.fullblog.com.ar


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o Mordazas para medidas externas.

o Mordazas para medidas internas.

o Coliza para medida de profundidades.

o Escala con divisiones en centímetros y milímetros.

o Escala con divisiones en pulgadas y fracciones de pulgada.

o Nonio para la lectura de las fracciones de milímetros en que esté dividido.

o Nonio para la lectura de las fracciones de pulgada en que esté dividido.

o Botón de deslizamiento y freno.

Fue necesario el uso del pie de rey a la hora de determinar las medidas no complejas del

rodete para poder generar el modelo en el programa “Solid Egde”.

Alicates

Fueron empleados para proporcionar una buena sujeción de uno de los dos modelos

prototipados, a la hora de sumergirlo en el compuesto butanona.


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Butanona

Imagen 107 Butanona

Fuente: Propia

La butanona, o también conocida como metilcetona, es un compuesto químico orgánico

de la familia de las cetonas. En condiciones ambiente se presenta en forma de líquido

incoloro, inflamable, de olor dulzón y penetrante.

En la naturaleza se encuentra como sustancia en el reino vegetal, producido por algunos

árboles y presente en pequeñas cantidades en algunos frutos y vegetales.

Es un producto industrial utilizado como base disolvente en algunas aplicaciones y

como intermediario de síntesis del peróxido de metiletil cetona, usado en la catálisis de

algunas reacciones de polimerización.

En el medioambiente, se encuentra como productor derivado de la combustión de

carburantes de los motores de los medios de locomoción.

La butanona se empleó para impermeabilizar el material y suavizar el efecto escalera

que produce la deposición de material en la máquina de prototipado rápido, de uno de

los dos rodetes prototipados.


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Cubeta y Probeta

Imagen 108 Cubeta y Probeta

Fuente: Propia

Bomba Roto dinámica

Imagen 109 Bomba Roto dinámica

Fuente: Propia


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Es un dispositivo o mecanismo que transporta fluidos, mediante succión; empleado para

transportar agua a diferentes niveles o para extraer el agua restante de una obra.

Imagen 110 Bomba refrigerante

Fuente: http://www.brinkmannpumps.de

Fue necesaria para poder comparar los resultados del rodete original en su ámbito de

trabajo, con los resultados de los dos modelos prototipados.

Fluidos de corte

Los fluidos de corte son productos líquidos de composición más o menos compleja, que

se adicionan en el sistema pieza – herramienta - viruta de una operación de mecanizado,

a fin de lubricar y eliminar el calor producido. Reciben, con frecuencia, el nombre

genérico de "aceites de corte", aunque no contienen la más mínima cantidad de aceite

mineral en su composición.

Según las operaciones de corte se fueron haciendo más severas, la formulación de los

fluidos de corte se fue haciendo más compleja. En la actualidad, los fluidos de corte son

mezclas de aditivos químicos, lubricantes y agua, formuladas para cubrir las

necesidades de la demanda de la industria del mecanizado de metales.


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Las operaciones de mecanizado requieren el uso de fluidos de corte para mejorara la

productividad y la calidad de las piezas fabricadas. Estos fluidos de corte tienen dos

finalidades primarias: refrigerar y lubricar.

Los fluidos de corte se utilizan en el mecanizado de metales por diversas razones, como

mejora de la vida de la herramienta de corte, reducción de la deformación térmica de la

pieza, mejora del acabado de la superficie y eliminación de virutas en la zona de corte.

Todo proceso de mecanizado generara una elevada cantidad de calor. Este debe ser

minimizado para aumentar la vida útil de la herramienta de corte u muela de rectificado.

Además ayudan a reducir los humos y la modificación estructural de la herramienta.

En la zona de contacto herramienta-pieza, tal y como se describirá más tarde, se hace

necesario una buena lubricación lo que incrementa la vida de la herramienta y la calidad

de la pieza.

En los procesos de corte, aproximadamente el 97% de la energía mecánica se

transforma en energía térmica a través del cizallamiento, corte y fricción entre la viruta

y la cara de desprendimiento de la herramienta.

Aunque gran parte de la energía es evacuada por las virutas, el calor se acumula en

lugares cercanos al punto de corte y a la cara de desprendimiento en contacto con las

virutas.

Esta acumulación de energía provoca fenómenos no deseados en el proceso de

mecanizado.


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La energía se acumula como se muestra en la siguiente imagen:

Imagen 111 Distribución Calor durante Mecanizado

Revestimiento Antiflectante “laserscanning anti-glare-spray”

Imagen 112 Polvos


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Fuente: Propia

Se trata de un material de grano fino que se aplica por medio de la pulverización para

lograr unos resultados óptimos en el funcionamiento del escáner 3D.

Se trata de un revestimiento anti reflectante que debe ser aplicado en capas de un

espesor mínimo desde una distancia de 20 cm.

Máquina prototipado

Imagen 113 Máquina Prototipado Rápido

Fuente: Propia

Máquina por deposición capa a capa de material ABS y filamento acrílico.

Posibilitó la creación de los dos rodetes prototipados a partir del modelo 3D en formato

.stl

- Material ABS

El acrilonitrilo Butadieno Estireno o ABS, es un plástico muy resistente al impacto,

muy utilizado en automoción y otros usos tanto industriales como domésticos. Es un

termoplástico amorfo.


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Se llama plástico de ingeniería debido a que es un plástico cuya elaboración y

procesamiento es más complejo que los plásticos comunes, como son las polioleofinas.

Los bloques de ABS proporcionan rigidez, resistencia a ataques químicos y estabilidad

a altas temperaturas, propiedades muy apreciadas en ciertas aplicaciones como son

equipos pesados o aparatos electrónicos.

Su rasgo más importante es su gran tenacidad.

- Filamento acrílico

El filamento acrílico es una fibra sintética elabora a partir del acrilonitrilo de que deriva

su nombre genérico.

Su rasgo más característico es la forma de hueso que posee su sección, resultado de su

proceso de elaboración.

1.1.8.2.- Brazo FARO Laser ScanArm

Introducción a Faro

Con más de 17.000 sistemas instalados y 7.600 clientes en todo el mundo, FARO

Technologies, Inc. diseña, desarrolla y comercializa software y dispositivos de medición

ara crear modelos digitales. Los sistemas portátiles se emplean para mediciones 3D de

con alta precisión, comparaciones 3D de piezas de diferentes tamaños y grupos

ensamblados directamente en la producción, planificación de fábrica, así como

aplicaciones especializadas que van desde la inspección y recreación de situaciones de

accidentes o escenas de crímenes, hasta la conservación digital de lugares históricos. La

tecnología de FARO aumenta la productividad al reducir enormemente el tiempo de

medición in situ. Los productos FARO se utilizan en el control de calidad y en la

producción de empresas internacionales como irbus, Boeing, BMW, Johnson Controls,

John Deere, Daimler, Volkswagen, Miele, Cargobull, Caterpillar, ABB, MAN,

Goodyear, SKF e Siemens.


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Los principales productos de FARO son los brazos de medición FaroArm - Quantum,

Platinum y Fusion; Gage, Gage-PLUS y PowerGAGE; FARO Laser Tracker; FARO

Photon Laser Escáner; y la familia CAM2 de software avanzado de medición e informes

basado en CAD. FARO ofrece paquetes de software para diversos sectores industriales.

Brazos de medición Faro

Disponible con 6 o 7 ejes, el brazo FaroArm ofrece una precisión comparable con la de

máquinas de medición por coordenadas fijas. Viene con software, programable para

mediciones repetitivas. Además ocupa muy poco espacio y efectúa inspecciones de

primeras piezas eficazmente.

- Comunicación Bluetooth®

- Auto-Sleep-Mode

- Montaje rápido universal

- Construcción ligera

- Contrapeso interno

- Rotación infinita para medición non-stop

- Batería integrada

- Variedad de palpadores

Los diferentes tipos de FaroArm son los siguientes:

- El brazo FaroArm Quantum viene con la sonda exclusiva FARO i-Probe

ofreciendo la detección automática de tamaño y un sensor de temperatura

integrado.

- El brazo FaroArm Platinum tiene sensores de temperatura y de sobrecarga en

cada articulación. De esta forma los brazos pueden ajustarse a cambios de

temperatura o reaccionar a uso inapropiado para asegurar la precisión durante la

medición.

- El FaroArm Fusion tiene sensores situados en cada eje. Estos permiten al brazo

ajustarse a cambios de temperatura y así garantizar alta precisión continua.


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- El brazo láser ScanArm V3 es compatible con los brazos Quantum, Platinum y

Fusion y con la tecnología Bluetooth® de los brazosFaroArm

Cinemática y dinámica del brazo robot

La cinemática del brazo del robot trata con el estudio analítico de la geometría del

movimiento de un brazo de robot con respecto a un sistema de coordenadas de

referencia fijo sin considerar las fuerzas o momentos que originan el movimiento. Así,

la cinemática se interesa por la descripción analítica del desplazamiento espacial del

robot como una función del tiempo, en particular de las relaciones entre la posición de

las variables de articulación y la posición y orientación del efecto final del brazo del

robot.

Hay dos problemas fundamentales en la cinemática del robot. El primer problema se

suele conocer como el problema cinemática directo, mientras que el segundo es el

problema cinemático inverso. Como las variables independientes en un robot son las

variables de articulación, y una tarea se suele dar en términos del sistema de

coordenadas de referencia, se utiliza de manera más frecuente el problema cinemático

inverso. Denavit y Hartenberg en 1955 propusieron un enfoque sistemático y

generalizado de utilizar álgebra matricial para describir y representar la geometría

espacial de los elementos del brazo del robot con respecto a un sistema de referencia

fijo. Este método utiliza una matriz de transformación homogénea 4 x 4 para describir la

relación espacial entre dos elementos mecánicos rígidos adyacentes y reduce el

problema cinemático directo a encontrar una matriz de transformación homogénea 4 x 4

que relaciona el desplazamiento espacial del sistema de coordenadas de la mano al

sistema de coordenadas de referencia.

Estas matrices de transformación homogéneas son también útiles en derivar las

ecuaciones dinámicas de movimiento del brazo del robot. En general, el problema

cinemático inverso se puede resolver mediante algunas técnicas. Los métodos utilizados

más comúnmente son el algebraico matricial, iterativo o geométrico.

La dinámica del robot, por otra parte, trata con la formulación matemática de las

ecuaciones del movimiento de un manipulador son un conjunto de ecuaciones


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matemáticas que describen la conducta dinámica del manipulador. Tales ecuaciones de

movimiento son útiles para simulación en ordenador del movimiento del brazo, el

diseño de ecuaciones de control apropiadas para el robot y la evaluación del diseño y

estructura cinemática del robot. El modelo dinámico real de un brazo se puede obtener

de leyes físicas conocidas tales como las leyes de Newton y la mecánica lagrangiana.

Esto conduce al desarrollo de las ecuaciones dinámicas de movimiento para las distintas

articulaciones del manipulador en términos de los parámetros geométricos e inerciales

especificados para los distintos elementos. Se pueden aplicar sistemáticamente enfoques

convencionales como las formulaciones de Lagrange-Euler y de Newton-Euler para

desarrollar las ecuaciones de movimientos del robot.


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Listado de escáneres

A continuación se muestran las distintas tecnologías que poseen escáneres 3D:

Imagen 114 Lista de escáneres



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Brazo FARO Laser ScanArm

Para utilizarlo, los usuarios tan sólo deberán guiar el brazo a prueba de toques por la

superficie del objeto que desean evaluar. El ordenador portátil ilustra de forma

simultánea la nube con los puntos que el escáner va cogiendo, grabando todos los datos.

Este tipo de brazo de medición es una herramienta portátil completa para realizar

inspecciones, certificados de herramientas, análisis CAD para partes o ingeniería

inversa.

Imagen 115 Brazo Faro Laser ScanArm

Fuente: www.faro.com

Especificaciones técnicas del Brazo FARO Laser ScanArm

- Volumen de Medición: 1,8 m alcance esférico y

- 7 ejes.

- Laser ScanArm V2 con captación de 19.000 puntos por segundo y resolución

lineal de 640 puntos por línea.

- Repetitividad en test de esfera: 0,053 mm.

- Certificación: En conformidad con la CE

- Palpador 1 x 3mm, 1 x 6mm,

- Bluetooth -

- Placa de montaje universal


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Soporte de granito

Placa de calibración

Compensación de Orificio

Imagen 116 Brazo, soporte, Placa y Compensación

Fuente: Propia

1.1.8.3.- Geomagic

Introducción a Geomagic

Geomagic es un proveedor líder de software 3D para la creación de modelos digitales de

objetos físicos. La compañía es propietaria de seis patentes y ha sido premiada en

numerosas ocasiones por su tecnología de aceleración del diseño, sus técnicas de

ingeniería inversa y la inspección de calidad que lleva a cabo en todas sus piezas y

productos.

Su objetivo es progresar y aplicar la tecnología 3D para el beneficio de la humanidad.

Las áreas de impacto de las tecnologías basadas en Geomagic son vitales para la

economía y la vida diaria: competitividad, rápida salida al mercado, calidad, procesos

más ecológicos, personalización del producto, mejor cuidado del paciente, mayor

efectividad en los tratamientos médicos.


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Algunos software de Geomagic

Geomagic Wrap 2012

Imagen 117 Diagrama de flujo grafico del GW2012

Fuente: http://www.geomagic.com

Geomagic Wrap permite la transformación de datos de nubes de puntos en mallas de

polígonos en 3D para su uso en la fabricación, el diseño y el análisis. Geomagic Wrap

ofrece precios y funciones sumamente competitivos, y procesa de forma inteligente

datos complejos de nubes de puntos para revolucionar el modo en que se realizan el

diseño y la fabricación digitales.

Procesos de fabricación acelerada con la gama más completa y fácil de utilizar de

herramientas de manipulación y edición de polígonos.

Imagen 118 Geomagic Wrap 2012


Optimización de la precisión con herramientas revolucionarias de procesamiento de

datos de escáner que procesan varios conjuntos de datos, gestionan de forma exhaustiva


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la limpieza de nubes de puntos y crean automáticamente mallas de polígonos para

ofrecer datos de alta precisión en 3D viables para su uso descendente.



Genera productividad con el software de procesamiento de nubes de puntos en 3D más

completo y con el precio más competitivo.



Desde artistas, arqueólogos y diseñadores hasta directores de cine, personas de todos los

ámbitos profesionales crean modelos 3D perfectos a partir de objetos físicos utilizando

Geomagic Wrap.

- Ventajas del Geomagic Wrap 2012

Inteligente, automatizado y flexible, Geomagic Wrap ofrece la mejor experiencia y

datos 3D de alta calidad a partir de datos escaneados para una elevada precisión y

productividad. Exporta a todos los formatos en 3D estándar y es compatible con ellos

para facilitar el rápido uso de 3D de alta calidad en el diseño, la visualización, la

creación de prototipos, el archivado, etc. Ofrece la mejor experiencia de cliente con

soporte continuado y servicios y recursos de formación completos. Creado y respaldado

por el líder del sector en la formación de imágenes en 3D, Geomagic Qualify Wrap


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ofrece asistencia técnica de primer nivel en dos idiomas, tutoriales y base de

conocimientos en línea, completos, formación de primera calidad y la posibilidad de

actualizarse fácilmente a Geomagic Studio.



Geomagic Qualify

Geomagic Qualify ofrece una tecnología de vanguardia en comparaciones gráficas

rápidas y precisas entre los modelos de referencia digitales y las piezas conforme a su

diseño para la inspección de primer artículo, la inspección de producción y la gestión de

calidad del proveedor. Con las mejores funciones de creación de informes de su clase, el

potente diseñador de informes de Geomagic Qualify permite diseñar y personalizar los

informes de inspección para satisfacer las necesidades de su empresa. Asimismo,

Geomagic Qualify es el primer software de inspección que le permite compartir sus

resultados con documentos en 3D totalmente interactivos que pueden visualizarse con

Adobe Reader.


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Geomagic Studio

Imagen 122 Diagrama de flujo grafico del GS2012


Este software, el cual ha sido fundamental para la realización de este proyecto, permite

de manera sencilla y muy rápida, transformar datos de un escaneado en 3D y mallas

poligonales en modelos digitales, cuyos datos son mucho más manejables y pueden ser

modificados.

Una vez reunidos estos datos, pueden servir para análisis o para la creación mucho más

rápida de prototipos.

Algunos Fabricantes de Software de Ingeniería Inversa

ScanTo3D

Con el complemento ScanTo3D de SolidWorks, se pueden abrir datos

de escaneo desde cualquier escáner (archivos de malla o nube de

puntos) o datos de curva de un programa de software matemático,

preparar datos y convertirlos en una superficie o modelo sólido.


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Scan2000

Con Scan2000 puedes digitalizar superficies, profundidades y

alturas.

Revware

Su software “Revworks” establece la conexión entre el

digitalizador y el software de modelado sólido, proporcionando

al usuario de CAD las herramientas de software necesarias para

manejar el digitalizador y recoger datos directamente de funciones en tiempo real.

PTC

Su software “Reverse Engineering Extension” permite la

transformación de productos físicos existentes en modelos digitales.

Su conjunto de prestaciones de automatización y su capacidad de efectuar cambios de

diseño espectaculares ayudan a mejorar la personalización del producto y aumentan las

posibilidades de reutilización de diseños.

Imagen 123 Uso del software “Reverse Engineering Extension”

Fuente: http://www.rapidform.com


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Rapidform

Este software permite crear modelos paramétricos sólidos

directamente del análisis del 3D.

Posee diferentes tipos de programas:

- “Rapidform XOR”

Es el único software de ingeniería inversa que combina la exploración 3D CAD con el

procesamiento de datos para que pueda crear modelos paramétricos editables

prácticamente de cualquier objeto.

Imagen 124 Uso del software “Rapidform XOR”


- “Rapidform XOV”

Es el software de control más seguro, más fácil. Combina el poder de escaneado 3D y

CAD para verificar las piezas de forma rápida y completa. Permite definir las

alineaciones, dimensiones y tolerancias y crear informes.


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Imagen 125 Uso del software “Rapidform XOV”


- “Rapidform XOS”

Permite completar las mallas y los modelos de superficies Nurbs.

- “Rapidform.DLL SDK”

Es un kit de llave en mano para el desarrollo de la aplicación de digitalización 3D.

Rhinoceros

Su software es “Rhino” y puede desarrollar rápidamente los

diseños.

Modela con precisión.


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Delcam

Su software es “Delcam Power”, un software de diseño,

fabricación e inspección que ofrece soluciones

completas y automatizadas CADCAM.

Next Engine

Su software es el “ScanStudio HD”. Gestiona el hardware

del escáner, refina sus datos, y reúne en un modelo 3D la

malla

.

Nikon

Su software es el “Focus Scan”, el cual controla el escáner láser y procesa las nubes de

puntos.


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1.1.9.- Metodología / Desarrollo del proyecto

Imagen 126 Diagrama de flujo del proyecto

1.1.9.1.- Manejo del brazo

El brazo de medición se compone de un palpador esférico y de un escáner.

Para llevar a cabo su calibración hay que proceder a calibrar por un lado el palpador y

por el otro el escáner.

Para calibrar el palpador se debía proceder a la “compensación de orificio”, por medio

de un elemento que la empresa proporciona.

En torno al calibrador, como se ilustra en la imagen a continuación, se debe realizar una

seria de movimientos sin que haya separación.

Imagen 127 Calibración del Palpador

Fuente: Propia


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Tras realizar dicha serie de movimientos, se puede acceder al registro del error de

calibración que se ha cometido, como muestra la siguiente:

Imagen 128 Registro Error de Calibración Palpador

Fuente: Propia

En el caso de este proyecto, tras la realización de varios intentos, se optó por el desvío

marcado en azul, el cual es de poco más de una decima.

De la misma manera hay que proceder para la calibración del escáner.

Para ello se usó una placa patrón proporcionada por la empresa, sobre la que

previamente, se realizaron varias tomas de referencia con el palpador para que el brazo

reconociese la superficie a escanear y la distancia a la que se encuentraba.

Imagen 129 Calibración del escáner

Fuente: Propia


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Tras ello, al igual que en el caso anterior, apareció el registro de los errores de

calibración cometidos, como puede observarse en la siguiente imagen:

Imagen 130 Registro Error de Calibración Escáner

Fuente: Propia

En el caso de este proyecto, tras la realización de varios intentos, se optó por el desvío

marcado en azul, el cual es algo más de cuatro decimas y que entra dentro del orden de

la décima, escogida para el proyecto.

También se realizó la compensación de la esfera del palpador, teniendo en cuenta las

medidas de la esfera que se está empleando.

Imagen 131 Compensación de la esfera

Fuente: Propia


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El brazo debe realizar el reconocimiento del material a escanear:

Imagen 132 Reconocimiento del Material a Escanear

Fuente: Propia

1.1.9.2.- Manejo del programa Geomagic Studio

Utilidad del software “Geomagic Studio” en el desarrollo del proyecto:

El software “Geomagic Studio” ha sido completamente fundamental para el desarrollo

de este proyecto, dado que sin él, el proceso de ingeniería inversa no se habría podido

realizar con éxito, pues no habría ni podido comenzar.

Este software, como se ha explicado anteriormente permite la transformación de los

datos libres por el espacio del escaneado en 3D, en datos CAD 3D y datos paramétricos,

lo que te posibilita de manera bastante sencilla, su manejo y su modificación.

Esto es bastante útil cuando se trata de una geometría bastante compleja de la que no

dispones datos, cuya ya mencionada complejidad geométrica te dificulta la toma de

datos por medio de los instrumentos habituales de medición.

Estos datos, recientemente cambiados de formato, son llevados a otros programas de

manejo de datos CAD, como por ejemplo el “Solid Edge ST” o el “CATIA V5R 17”.

Estos dos últimos programas de diseño son lo que se han usado para la realización del

proyecto.

Este proyecto, como se ha explicado en líneas anteriores, ha consistido en la creación de

un rodete prototipado viable, a partir del original, del cual no se dispone de ninguna


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información acerca de sus geometrías complejas, abriendo, así las puertas al rediseño de

dichas geometrías.

Los pasos para su desarrollo se exponen a continuación:

Imagen 133 Diagrama Flujo “Geomagic Studio”


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Escaneo del rodete

Antes que nada, el rodete, el cual estaba en el interior de una bomba, fue extraído y

limpiado de manera correcta para que no hubiera impurezas que dificultaran la labor del

escáner.

Una vez limpiado, se procedió a su escaneo por medio del Brazo de medición portátil de

alta precisión y laser, al cual está conectado el Laser ScanArm V2.

Para ello, se buscó un punto sobre el que rodete pudiera descasar sin moverse y que

estuviera perfectamente fijado.

Acto seguido y como obligan las máquinas de medición, se procedió a la auto

calibración del palpador que culmina el brazo articulado, con la emisión de una onda

para el reconocimiento del material y la cota.

Se reparó en que la luz de la sala y del propio material del que está hecho el rodete

impedían su escaneo, debido al refracción que producía el laser, unida a la del resto de

la luz.

Para intentar solucionarlo, se cubrió cuidadosamente el rodete por un material de grano

fino pulverizado denominado ” laserscanning anti-glare-spray”, el cual está

específicamente creado para facilitar esta clase de labores.

El resultado, tras esto, fue aceptado y se consiguió una suficiente nube de puntos de

toda la superficie del rodete.

Empleo del Software “Geomagic Studio 2012”

Introducción al “Geomagic Studio 2012”

Este ha sido el paso más fundamental, duradero y laborioso del proyecto.

A continuación, por medio de imágenes se explicará parte de los procesos que se

siguieron para conseguir, finalmente un modelo CAD aceptable.

Este software, como cualquiera dedicado al diseño y al manejo de datos geométricos,

dispone de una ventana central, denominada “Ventana Gráfica” en la que pueden

observarse los cambios que el usuario va realizando sobre el modelo, el cual esta

referenciado sobre los que ejes X, Y Z, como puede observarse en la imagen siguiente.


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La ventana grafica está rodeada de accesos directos al comando más básico.

Además de ello, como es un programa con numerosos comandos, dispone de una barra

de búsqueda en la que poniendo una palabra clave, te lleva de manera directa al

comando deseado.

A la izquierda, puede observarse un panel en el que cada vez que se produce a la

realización de un proceso, aparecen las opciones a modificar de las que dispone el

programa para dicho proceso.

Imagen 134 Pantalla Principal del GS2012



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Imagen 135 Características del GS2012


Dispone, además, de una barra de herramientas que cuenta con 17 comandos muy

fáciles de usar.

A continuación se definen algunos de ellos:

Sirve para orientar el modelo a la vista deseada.

Orienta tu centro de rotación de observador alrededor del modelo.

Varía la “suavidad” de la superficie del modelo


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“Enciende y apaga” todas las opciones de visibilidad de la ventana gráfica.

Permite ampliar un área previamente seleccionada.

Permite seleccionar solo las partes del objeto visible o invisible.

Permite una selección más definida por medio de un rectángulo.

Permite seleccionar tanto la parte trasera del modelo, como la delantera.

Permite seleccionar solo las partes delanteras del modelo dejando las traseras.

Permite una selección más definida por medio de líneas unidas por puntos.

Aplicación del “Geomagic Studio 2012”

1.- Global Registration

Este comando también puede trabajar en subgrupos seleccionados de los objetos

activos.

Lo que hace es reorientar dos o más partes del modelo en cuestión, en este caso el

rodete, de modo que las regiones idénticas de dichas partes se hagan coincidir para así

componer un único modelo completo, afinando la desviación mínima que hay entre

ellos.


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Imagen 136 Vistas del rodete tras “Global Registration”

Fuente: Propia

2.- Combine Points Objects

Este comando lo que te permite es combinar varios objetos en uno solo, tanto ordenados

como desordenados.

En este caso, el comando lo que hizo fue combinar todos los puntos del modelo en un

punto de fusión existente, el mismo modelo, basándose en un promedio de todos los

puntos.

Imagen 137 Vistas del rodete tras “Global Registration”

Fuente: Propia


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3.- Outliers and Disconnected Points

Imagen 138 Comando “Outlier” y “Disconnected Points”

Fuente: Propia

Este comando lo que permite es evaluar la proximidad de todos aquellos objetos que

han quedado fuera del modelo y eliminarlos.

El programa realiza un reconocimiento del modelo en el que detecta los puntos u

objetos que por cualquier razón han quedado ajenos al modelo.

Permite filtrarlos por tamaño y por proximidad al modelo, basándose en una distancia

establecida por el usuario.

Imagen 139 Nube de puntos

Fuente: Propia


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4.- Reduce Noise

Imagen 140 Comando “Reduce Noise” y Panel de Control

Fuente: Propia

Este comando como su nombre indica, lo que permite es “reducir el ruido” del modelo.

Por ruido se refiera a, por ejemplo, errores en la medición del escáner.

Por medio de un análisis estadístico de la posición de los puntos del modelo, lo que hace

es reubicar aquellos puntos que no se encontraban en su correcto sitio.

Este comando puede causar algún problema como convertir en curvas los bordes

afilados y viceversa.

Imagen 141 Vista del rodete tras aplicar comando “Reduce Noise”

Fuente: Propia


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5.- Wrap

Imagen 142 Comando “Wrap” y Panel de Control

Fuente: Propia

Este comando lo que permite básicamente es convertir un objeto formado por puntos en

un objeto poligonal formado por triángulos, lo cual es fundamental para llegar al

modelo CAD.

Es como si con una fina tira de plástico envolviera al rodete y tensara hasta crear una

superficie poligonal, lo cual es muy ventajoso porque muchas mejoras que se pueden

hacer a un modelo poligonal no pueden hacer a uno formado solo por puntos.

También permite la corrección de algunos triángulos que han quedado fuera del modelo

como consecuencia de la aplicación de “Reduce Noise” o algo por el estilo.

Imagen 143 Vista del rodete tras aplicar comando “Wrap”

Fuente: Propia


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Tiene dos opciones de “Wrap”:

La primera es “Surface Wrapping”, el cual permite crear una envoltura poligonal para

los objetos estándar sin poner en peligro la forma del modelo.

Cuando no hay datos que definen las superficies internas, esta opción viene muy bien.

La segunda es “Volume Wrapping”, el cual intenta conectar todos los puntos y es útil

cuando los datos son escasos o cuando da resultados incorrectos el “Surface

Wrapping”.

Además puede realizar una cobertura de volumen cuando el objeto tiene curvas y

ángulos críticos o el modelo contiene datos que representan superficies internas que no

eran visibles para el ojo humano en el objeto físico.

6.- Mesh Doctor

Imagen 144 Panel de control comando “Mesh Doctor”

Fuente: Propia

“Mesh Doctor” proporciona una manera rápida simplificada de reparar una malla del

objeto.

Cuando abres el comando, el programa selecciona automáticamente la malla a reparar

por medio de unos parámetros que usuario ha introducido con antelación.

Tiene cinco opciones de reparación, cuya representación aparece en el cuadro de

dialogo que crea al abrir el comando, cuadro representado a continuación:


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o El primer “Type” es el “Auto-Repair”, el cual realiza todas las operación

individuales (eliminar picos, operaciones de limpieza, etc.) en un solo paso.

o El segundo es el “Remove Spikes”, opción que endereza una malla poligonal

mediante la detección y el aplanamiento de los picos en los objetos.

o El tercero es el “Clean Operation”, el cual aplica un sofisticado algoritmo de

corrección en la forma en la que se ajusta la malla para el conjunto de puntos

subyacente

o El cuarto es “Defeature”, que elimina polígonos del interior de la selección e

inserta una malla más ordenada

o El quinto es “Fill Holes”, que repara pequeños huecos mediante una malla

poligonal

Imagen 145 Vista del rodete tras aplicar comando “Mesh Doctor”

Fuente: Propia


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7.- Remesh and Refine

Imagen 146 Comando “Remesh and Refine”

Fuente: Propia

El comando “Remesh” lo que permite este comando es retriangularizar una malla

poligonal para reproducir una malla más uniforme que él, anteriormente descrito,

comando “Mesh”.

Es útil para la conversión de mallas poligonales secundarias o dispersas en mallas más

densas, las cuales las distribuye de manera uniforme para su procesamiento posterior.

Crea de manera regular triángulos, de los cuales puedes controlar la longitud media de

su arista. Estos triángulos formaran parte de las mallas poligonales nuevas.

La precisión de este comando reside en que los vértices de las mallas poligonales

nuevas se encontraran en el mismo lugar que las originales.

El comando “Refine!” multiplica el número de triángulos que componen una superficie

haciéndola más completa.

Imagen 147 Vista del rodete tras aplicar comando “Remesh and Refine”

Fuente: Propia


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8.- Spike Removal

Imagen 148 Panel de control comando “Spike Removal”

Fuente: Propia

Explicado anteriormente, este comando lo que permite es conseguir una superficie

mucho mas “suave” por medio del aplanamiento de los picos en los objetos.

Imagen 149 Vista del rodete tras aplicar comando “Spike Removal”

Fuente: Propia

9.- Mesh Doctor

De nuevo se utilizó este comando debido a las especificaciones comentadas

anteriormente.

10.- Reduce Noise


anteriormente.


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11.- Relax and Quick Smooth

Imagen 150 Panel de control comando “Relax and Quieck Smooth”

Fuente: Propia

La opción “Relax” suaviza una malla poligonal reduciendo al mínimo los ángulos de

pliegue entre los distintos polígonos (triángulos), mejorando así la calidad de los datos.

Ayuda también a reducir el “ruido” y es muy eficaz en las superficies con puntas

afiladas.

El comando “Quick Smooth” suaviza las mallas poligonales, pero hay que tener

precaución, pues puede borrar pequeños detalles del modelo.

12.- Fill Holes

Este comando lo que te permite es completar aquellos espacios vacios que han quedado

por falta de información de triángulos fundamentales.

Localiza los agujeros que tiene el modelo y los recubre de una malla poligonal. Además

posee la capacidad de modificar a gusto del usuario dicha malla.

Se pueden llenar todos de una vez o individualmente, donde entra en juego el comando

“Fill Single”, cuya representación aparece a continuación:

Imagen 151 Comando “Fill Holes”

Fuente: Propia

Posee, como puede verse, seis opciones que se pueden complementar a la perfección:


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La primera especifica que la nueva malla debe tener la misma cobertura que la malla

circundante.

La segunda especifica que la nueva malla debe tener más reducción que cobertura.

La tercera especifica que la nueva malla suele ser plana.

La cuarta sirve para rellenar coberturas completas.

La quinta es útil para rellenar una parte de un orificio. Crea por medio una línea una

separación entres dos zonas de las que solo hay que seleccionar la que se quiere llenar.

Imagen 152 Ejemplo de uso Comando “Relax and Quick Smooth”

Fuente: Propia

La sexta sirve para construir un puente a través del orificio, lo que lo divide en varios

orificios que pueden ser llenados por separado.


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Imagen 153 Ejemplo de uso Comando “Relax and Quick Smooth”

Fuente: Propia

13.- Mesh Doctor Defeature


anteriormente.

14.- “Trim” y perfeccionamientos

El comando “Trim” permite cortar el modelo por medio de un plano anteriormente

creado, el mismo plano de referencia o cualquier rasgo inherente al objeto.

Es muy útil cuando se quieren llenar grandes secciones, como pueden ser la base del

rodete, ya que este comando no solo te permite dividir en dos el objeto sino que además

selecciona una de las dos partes en la que ha sido dividido para su eliminación y su

posterior cerrado.


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Imagen 154 Sección del rodete tras usar Comando “Trim”

Fuente: Propia

Debido a que el objeto de este proyecto era una nube de puntos relacionados entre sí

pero desperdigados por el espacio, no se podían aceptar como planos de referencia los

impuestos por el programa, dado que eran perfectamente ortogonales entre si y plano

XZ paralelo, como es natural, al suelo.

Pero este modelo tenía la peculiaridad, como es lógico, dado que no es una ciencia

exacta, que estaba unos pocos grados inclinado sobre la horizontal, los cual

distorsionaba toda concepción de paralelismo y perpendicularidad.

Es, por ello, que se tuvo que definir en el modelo un plano XZ paralelo a la superficie

del rodete, lo más ajustado posible en cuanto a la permisión que los métodos de

selección de puntos del programa ofrecía. A partir de éste se crearon sus

correspondientes ortogonales planos XY e YZ.

Estos planos eran cruciales puesto que luego permitirían hallar la secciones reales del

modelo, por medio del comando “Curves”, como muestra la anterior imagen.


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Esto se realizó gracias a comando “Best Fit”, con el cual se puede crear cualquier rasgo

geométrico (círculos, planos, cilindros, etc.) que sea necesario para definir el modelo,

como viene ilustrado en la siguiente imagen:

Imagen 155 Creación de planos con Comando “Best Fit”

Fuente: Propia

Una vez creados esos planos, lo demás partió de ello.

Para la realización del cilindro menor del centro, el cual está demasiado incompleto,

como se muestra en las imágenes; se eliminaron todos los triángulos que distorsionan la

forma de la sección circular del cilindro y una vez conseguida la forma más cercana al

círculo, se empleó el comando “Project Boundary to Plane”, cual proyecta los limites

seleccionados a los planos definidos por usuario con anterioridad; como se puede ver a

continuación:


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Imagen 156 Ejemplo Uso del Comando “Project Boundary to Plane”

Fuente: Propia

Para el acabado de la base del rodete, se seleccionaron todos los triángulos ajenos a ella

y se borraron y por medio del comando anteriormente explicado fue llevada una

distancia suficiente para ser definida.

Posteriormente por medio del uso del comando “Trim”, fueron eliminados los triángulos

sobrantes y cerrada la sección, como puede observarse las siguientes ilustraciones:

Imagen 157 Acabado de la basa del rodete

Fuente: Propia


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Una vez perfeccionado todo lo posible el modelo, pudieron ser extraídas las curvas

características a las secciones reales del rodete gracias al comando “Create by Section”.

Este comando crea un conjunto bidimensional de un objeto tridimensional donde ese

objeto intersecta con uno o varios planos (en el caso del rodete, los característicos al

objeto conseguidos, como se ha explicado anteriormente, mediante mejor adaptación a

la superficie) y almacena los contornos, los cuales pueden ser usados luego de manera

independiente.

Imagen 158 Curvas del rodete

Fuente: Propia

En la siguiente imagen se ilustra la creación del contorno del plano XZ del rodete (no el

de referencia del universo) al que ha sido denominado como “Plano 1”.


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Imagen 159 Creación Curvas en plano XZ

Fuente: Propia

Por último, era necesario definir el punto central del modelo del rodete, para lo cual se

creó un cilindro lo mejor adaptado posible al cilindro del centro del rodete, manteniendo

sus medidas originales, dado que si se hubiera creado un cilindro perfecto, cuyo eje

hubiera sido completamente perpendicular al plano XZ del objeto (no del universo), se

habrían adulterado las medidas reales del rodete.

Acto seguido, con el eje de dicho cilindro y su intersección con el plano XZ del rodete,

se creó el centro del objeto, denomina “Punto 1”, como muestra la imagen siguiente:


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Imagen 160 Creación del centro del rodete

Fuente: Propia

Posteriormente, se procedió a la alineación de todos los rasgos característicos del objeto

con los del universo.

Si esto no se hubiera llevado a cabo, el archivo CAD del modelo, habría tenido unos

ejes y planos de referencia que no hubieran sido correctos, produciendo un desvío en

resto de programas de diseño que todavía quedarían por usar.

Con este último paso finalizó la creación del modelo en 3D del rodete y pudo ser

exportado como archivo CAD.


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Imagen 161 Alineación del rodete con el Universo

Fuente: Propia

1.1.9.3.- Manejo del programa “CATIA”

Catia fue el programa “interfaz” que permitió llevar el archivo CAD exportado en

formato .igs al Solid Edge.

El formato .igs es un formato neutral de datos que permite el intercambio digital de

información entre sistemas de diseño asistido por CAD.

Como anteriormente se ha comentado, las curvas creadas en el Geomagic pueden ser

tratadas y manejadas de manera independiente por lo que fueron exportadas a Catia,

para luego ser llevadas al Solid Egde.

Hubo dificultades para llevar a cabo ese proceso, por lo que fueron extruidas creando

volumen, como se muestra a continuación:


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Imagen 162 Extrusión Plano con “Catia”

Fuente: Propia

La geometría más compleja del rodete consistía en las curvas de los alabes, de las que

no se disponía de información antes de la realización de este proyecto y de la curva

tangente al cilindro del centro.

Imagen 163 Curvas Complejas vistas con “Catia”

Fuente: Propia


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Posteriormente los archivos que contenían las curvas fueron exportados al Solid Edge

como formato .stp, el cual es compatible con la mayoría de programas CAD

comerciales con capacidades 3D

A partir de dichas curvas se construyó el resto del modelo, fielmente a las medidas

originales del rodete hasta conseguir el resultado que se aprecia en la siguiente imagen:

Imagen 164 Modelo Visto con Solid Edge

Fuente: Propia

Para llegar al modelo que se aprecia en la imagen anterior, se usaron todas las

herramientas que nos proporciona el Solid Edge.

Primero, se midieron con un calibre, las geometrías poco complejas que se podías

diseñar sin la ayuda del software “Geomagic Studio”, como son la base del rodete y el

cilindro central con el eje que contiene.

Posteriormente, sobre lo anteriormente creado, se acoplaron las curvas extruidas de los

álabes, provenientes el software “CATIA”.


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Después las curvas extruidas que se observan en la Imagen 164 fueron exportadas al

Solid Edge siendo “proyectadas en boceto”, dado que las reconocía como curvas libres

en el espacio, pero no como puntos relacionados para poder ser usados.

Finalmente, el modelo quedó ensamblado correctamente.

1.1.9.4.- Manejo de la máquina de prototipado rápido y su programacorrespondiente

Tras la consecución del modelo en formato de Solid Edge, se realizó un guardado

especial en formato .stl, con una condiciones de guardado especiales.

Esto es debido a que el programa de la máquina de prototipado rápido, el “CatalystEX

4.3” corta el modelo a imprimir en 3D a lo largo del eje Z, ya que la deposición en

capas del camterial polimerizado, es en esta dirección.

Estas condiciones de guardado especiales, dependen de dos características:

o Variable de tolerancia de cuerda

o Variable de tolerancia angular

La variable de tolerancia de cuerda es el valor dimensional que define el máximo error

aceptado entre la superficie teórica de la geometría y la superficie triangularizada de la

adaptación.

La variable de tolerancia angular es el valor que define el ángulo máximo de barrido

entre los triángulos al adaptarse a una superficie curva.

Ambas características pueden apreciarse en la siguiente imagen, en la que la primera

corresponde a los valores de la valencia dimensional y la segunda a los de la valencia

angular:

Imagen 165 Valencia Dimensional y Angular


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La siguiente imagen constituye también un buen ejemplo de ello:

Imagen 166 Valencia Dimensional

Para poder seleccionar los valores más adecuados, el Solid Edge posee un cuadro de

diálogo contenido en el comando “Guardar como…”, tal como se muestra a

continuación:

Imagen 167 Cuadro Dialogo Solid Edge

En el caso de este proyecto, fueron seleccionados los valores 0,01 y 1, como tolerancia

superficial y ángulo de plano de superficie, respectivamente.

Después, por medio del programa “CatalystEX 4.3”, se abrió el archivo y se incorporó a

la impresora 3D de la máquina de prototipado rápido.


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Imagen 168 Software “CatalystEX 4.3”

Fuente: Propia

Tras cargar el archivo, el software lo que realiza es un reconocimiento completo del

modelo que debe reproducir a continuación.

En dicho reconocimiento, el programa calcula el volumen en cm3 que necesitará y traza

el recorrido que hará el cabezal de deposición de material desde su punto de origen.

Imagen 169 Software “CatalystEX 4.3”

Fuente: Propia

Los filamentos de otro color que se observan en la parte inferior del modelo

corresponden al material de soporte que se necesitará.

Acto seguido, el modelo es acoplado al “paquete”, el cual es una representación de la

bandeja soporte de máquina de prototipado que te permite mover libremente el modelo


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por ella, colocándolo de la mejor manera para optimizar el tiempo de prototipado, ya

que el cabezal de deposición no tendrá que recorrer tanta distancia cada vez que se

desplace hasta el modelo para depositar el material.

Imagen 170 Paquete Máquina de Prototipado

Fuente: Propia

El resultado tras dos horas y media de prototipado es el que se muestra a continuación:

Imagen 171 Rodete Prototipado

Fuente: Propia

1.1.9.5.- Ensayos con el centro de mecanizado

Tras prototipar el rodete, con los rodetes resultantes se procedió a su ensayo en la

bomba roto dinámica a la que pertenecen.

Se realizaron dos prototipos para realizar dos ensayos: uno con el rodete prototipado sin

modificar y otro tras sumergirlo en butanona, el cual es un compuesto que


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impermeabiliza el material y suaviza el efecto escalera que produce la deposición de

material en la máquina de prototipado rápido.

Imagen 172 Inmersión del rodete en butanona

Fuente: Propia

Se pensaba que sin la butanona, el rodete no satisfaría los resultados del rodete original,

debido a que el material ABS es muy poroso y la butanona proporciona una capa

uniforme.

Imagen 173 Rodete Prototipado con Butanona

Fuente: Propia


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Para comprobar si el rodete daba buenos resultados, se midió el tiempo que tardaba en

desplazar 2 litros de fluido de corte, como se ve en la siguiente imagen:

Imagen 174 Realización del Ensayo

Fuente: Propia


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1.1.10.- Bibliografía

[CUES08] Información Tecnológica-Vol. 19 N°3-2008, pág.: 107-114doi:10.1612/inf.tecnol.3907it.07

[ACOS07] Ingeniare. Revista chilena de ingeniería, vol. 15 Nº 3, 2007, pp. 236-244

[AZNA02] Ingeniería Inversa: La reutilización

[ZEBA] Jornadas técnicas del sector de moldes y matrices

[BONI10] Análisis de procedimientos de verificación de brazos articulados demedición por coordenadas. Norma asme b89.4.22-2004

[FRIS10] Evaluación de máquinas de medición por coordenadas de brazo articuladosegún la directriz “VDI/VDE 2617”

Información de Internet:

http://www.aragosaurus.com

http://www.toolbox3d.com

http://es.scribd.com

http://www.comflyer.com

http://www.cenam.mx

http://www.portalcalidad.com

http://metrologiauvm.galeon.com

http://www.monografias.com

http://www.cem.es

http://cadcamcae.wordpress.com

http://www.slideshare.net

http://www.creaform3d.com

http://www.powershape.com

http://www.comunidadindustrial.com


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http://win.ua.ac.be

http://www.npd-solutions.com

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lis/lopez_a_aa/capitulo4.pdf

http://www.ingegraf.es


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ÍNDICE

PÁGINA

1.2.- CÁLCULOS ......................................................................................................1771.2.1.- Fundamentos teóricos del rodete...........................................................177


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b1 y b2, anchura del rodete a la entrada y a la salida.D1 y D2, diámetros de entrada y salida.n, revoluciones del rodete.c1 y c2, velocidades absolutas de una partícula del fluidoa la entrada y a la salida.w1 y w2, velocidades relativas a la entrada y salida.u1 y u2, velocidades periféricas a la entrada y salida.β1 y β2, ángulos de entrada y de salida.

1.2.- CÁLCULOS

1.2.1.- Fundamentos teóricos del rodete

Imagen 175 Fundamentos Teóricos Rodete


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Para comprobar si los rodetes prototipados eran aptos para poder ser usados en la bomba

roto dinámica, se midió el tiempo que tardaba la bomba en desplazar una cantidad de

dos litros de taladrina:

RODETE REALTOMA TIEMPO (s)

1 15,882 15,683 15,444 15,535 15,496 16,077 16,38 16,319 15,5310 15,7211 15,7812 16,3313 15,9214 16,1515 16,25

EXTRAPOLACIÓN 15,892

Tabla 4. Datos Rodete Real


Fuente: Propia

Caudal de la bomba: 0,1254 l/s


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PROTOTIPO CONBUTANONA

TOMA TIEMPO (s)1 16,092 15,93 15,844 15,635 15,46 16,087 16,348 16,069 16,7810 17,0111 18,8112 19,8413 19,2814 19,5415 19,42


Tabla 5. Datos Rodete con Butanona


Fuente: Propia

Caudal de la bomba: 0,116 l/s


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PROTOTIPO SINBUTANONA

TOMA TIEMPO (s)1 22,912 23,953 23,14 24,135 24,46 22,737 22,838 23,829 23,5110 24,0411 24,712 24,9613 26,514 26,0915 26,96


Tabla 6. Datos Rodete sin Butanona


Fuente: Propia

Cauda de la bomba: 0,0823 l/s


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Como puede observarse en las tablas anteriores, el caudal proporcionado por la bomba

con cada uno de los rodetes, es muy diferente.

El rodete original hizo que la bomba proporcionara un caudal mayor que con los

prototipos, además de que el caudal iba disminuyendo a medida que aumentaba el

tiempo de funcionamiento del rodete en la bomba, lo cual se correspondía al

comportamiento del rodete original.

El caudal disminuía con el paso del tiempo por tres posibles motivos:

- Que se hubiera formado una capa de aire entre el rodete y la bomba y esto

dificultara el lanzamiento del fluido.

- Para remediarlo se añadió agua al depósito de la taladrina del centro de

mecanizado y hubo algún cambio positivo pero muy sutil.

- Que alguna parte del rodete se hubiera roto o hubiera cambiado de alguna

manera, adulterando el resultado de la prueba.

- Esto no fue así dado que el rodete tras la prueba está intacto.

- Que el material ABS, del que está formado el rodete hiciera “efecto esponja”

con la taladran.

Esto tampoco fue así puesto que se hizo una prueba aparte introduciendo el rodete en un

recipiente con una cantidad de agua medida. Se comprobó que la cantidad de agua al

sacar el rodete correspondía con la inicial.

Acto seguido, para medir la resistencia de los rodetes prototipados en función de su

tiempo de funcionamiento, estuvieron funcionando durante varias horas sin observarse

ningún tipo de desperfecto en la estructura de ninguno de los dos prototipos.

Todo ello se realizó con la válvula del conducto de la taladrina semicerrada, por lo que

se procedió a llevar hasta el límite la funcionalidad de los prototipos, dejándolos trabajar

con la válvula completamente abierta o casi cerrada.


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Los valores corresponden al tiempo de desalojamiento de 0,5 litros de taladrina:

PROTOTIPO CON BUTANONAVálvulaabierta

Válvula parcialmente cerrada

14,8 56,1317,18 56,4216,98 60,36

Tabla 7. Prototipo con butanona

PROTOTIPO SIN BUTANONAVálvulaabierta

Válvula parcialmente cerrada

15,27 70,114,77 80,114,67 72,28

Tabla 8. Prototipo sin butanona

Ambos prototipos ofrecieron una resistencia más que aceptable.


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ÍNDICE

PÁGINA

1.3.- CONCLUSIONES Y LÍNEAS DE FUTURO ....................................................1847


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1.3.- CONCLUSIONES Y LÍNEAS DE FUTURO

Tras la realización del proyecto, se ha llegado a la gratificante conclusión de que la

ingeniería inversa es una herramienta muy útil y económica.

Esto es así, porque se han cumplido los objetivos del proyectos, expuestos en las primas

líneas, los cuales eran llegar a un modelo prototipado del rodete.

Para poder comprobar si el mismo cumple las exigencias funcionales del original, se

debería haberlo dejado en funcionamiento durante un tiempo estimado en 1000 horas, lo

cual no era la finalidad de dicho proyecto.

Además de que resulta más económico el empleo de la ingeniería inversa a los métodos

tradicionales de fabricación, ésta permite variar el diseño de la geometría del rodete.

La disposición de los álabes y su geometría es muy importante para conseguir un cierto

caudal u otro. La ingeniería inversa, en este aspecto, permite la realización de pruebas

con diferentes geometrías de los álabes a un solo click del ratón, reduciendo costes y

tiempos.

Además, si se quiere realizar distintas pruebas de resistencia u otras propiedades, los

materiales de prototipado rápido ofrecen bastantes posibilidades, ya que hay

compuestos poliméricos con bastantes tipos de propiedades y simplemente se trata de

escoger el más adecuado para lo que se está estudiando.

¿Hasta qué punto puede ofrecernos posibilidades la ingeniería inversa?

Aprovechar la tecnología de productos de probada calidad, es algo que la industria ha

hecho desde siempre. Actualmente se cuenta con la tecnología que permite llevar a cabo

esta tarea con una rapidez y precisión asombrosa.

Particularmente, la Ingeniería Inversa es un recurso válido y eficiente que entrega

resultados.

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