Desarrollo y optimización de técnicas de verificación volumétrica de máquina herramienta mediante láser tracker

Resumen

Esta tesis se enmarca dentro de las técnicas de verificación en metrología geométrica sin contacto centrándose en la verificación volumétrica de máquina herramienta mediante laser tracker comercial como sistema de medida. El objetivo principal de esta tesis reside en el desarrollo, análisis y optimización de las diferentes técnicas a emplear en la verificación volumétrica mediante laser tracker en cualquier tipo de máquina herramienta. A partir de las técnicas y procedimientos desarrollados se puede realizar una compensación del efecto conjunto de los errores geométricos de la máquina, llegando a precisiones del orden de decenas de micrómetros mediante la utilización del software de verificación desarrollado. Las técnicas desarrolladas son capaces de realizar la verificación de cualquier tipo de máquina en función de su configuración estructural, tipo de eje de movimiento, sistema de medida empleado y limitaciones en la captura de datos. El análisis de las diferentes alternativas de verificación se ha realizado mediante el estudio, a partir de datos sintéticos y reales, de cada una de las técnicas desarrolladas. Para ello se han implementado una serie de algoritmos con los que poder simular el funcionamiento y proceso de captura de datos en cualquier tipo de máquina. A partir de los ensayos generados mediante los algoritmos desarrollados se analizan los diferentes factores que afectan a las técnicas de verificación a desarrollar como son: la estrategia de identificación, las funciones de regresión a emplear en caracterización de errores geométricos, la distribución y precisión de los puntos utilizados y los errores con influencia en el error volumétrico. Con este objetivo se han desarrollado los algoritmos necesarios capaces de generar una secuencia de optimización flexible con la que se genera la estrategia de identificación en función de: el tipo y características de las funciones de regresión a utilizar, número y criterios de convergencia de la optimización y la secuencia de errores caracterizados en cada optimización. La influencia de estos ha sido analizada mediante la verificación de varios tipos de máquina a partir tanto de ensayos sintéticos, generados por los algoritmos de simulación de ensayos, como con ensayos reales. Otro aspecto estudiado a lo largo de esta tesis es la influencia de la distribución de los puntos empleados y la precisión de los mismos. Para ello se han implementado una serie de algoritmos a partir de los cuales se han estudiado las distintas técnicas de mejora en la precisión de captura de puntos como son la multilateración y la auto-calibración de los laser tracker; los algoritmos desarrollados permiten aplicar cada una de estas técnicas en función del número de laser trackers y posiciones empleados. Se estudian los distintos factores que afectan al alcance y adecuación de cada una de las técnicas tanto de auto-calibración como de multilateración mediante una serie de ensayos reales y sintéticos, tras los cuales se proporcionan una serie de pautas de utilización de las mismas en la verificación de máquina herramienta. Otro aspecto analizado es la influencia de los errores no geométricos en el error volumétrico de la máquina y su influencia en la verificación. La implementación final de los algoritmos desarrollados formar un software de verificación capaz de realizar la verificación volumétrica de una máquina herramienta in-situ. El software es capaz de almacenar los resultados obtenidos en archivos de forma que está información pueda ser usada en un número de escenarios lo más amplio posible. La aplicación desarrollada está pensada para su uso como elemento comercial, por lo que cuenta con las herramientas necesarias que facilitan la interacción con el usuario y su uso intuitivo. Del mismo modo, este software podrá evolucionar hace un uso docente dentro del ámbito universitario, por lo tanto cuenta con las herramientas necesarias que faciliten el aprendizaje de las metodologías propias de la verificación volumétrica. La tesis se enmarca dentro de los proyectos de investigación: TRACE. Metrología dimensional de alto rango: desarrollo de nuevos procedimientos de medición y calibración, ALEXANDRIA. Desarrollo de técnicas y metodologías de inspección de daños y metrología dimensional de nueva generación para los sectores aeronáutico, ferroviario, naval y eólico, METRAP. Desarrollo de nuevas técnicas de verificación y compensación de sistemas de fabricación para metrología dimensional trazable en proceso y DICON. Desarrollo de nuevos sistemas avanzados de control dimensional en procesos de fabricación de sectores de alto Impacto, con financiación del Ministerio de Ciencia e Innovación junto con la participación de las empresas Soraluce, Ideko, Danobat, Metromecánica, Sariki y con la participación de la Universidad de Santiago de Compostela.