Escaneo 3D para metrología

Puede parecer obvio, pero tres de las primeras cosas que debes tener en cuenta antes de adoptar un escáner 3D de metrología son el tamaño, la complejidad y la precisión de tu objeto. Estos factores clave jugarán un papel importante a la hora de determinar cuáles de los dispositivos del mercado son los más adecuados para satisfacer tus necesidades de medición de precisión.

Escáneres 3D de escritorio

Diseñados para permitir la creación de modelos a microescala con una resolución y precisión ultra altas, los sistemas de metrología de escritorio son capaces de captar los detalles más mínimos de la superficie. Esto hace que estos escáneres 3D sean perfectos para ingeniería inversa, o para inspección en la oficina o laboratorio.

Un objeto pequeño e intrincado digitalizado con un escáner Micro II de Artec 3D.

Sin embargo, lo ideal es que estos componentes sean más pequeños que un puño, ya que es probable que algo mucho más grande esté más allá de la capacidad de un sistema de escritorio. Teniendo esto en cuenta, los escáneres 3D compactos de metrología son, como era de esperar, ideales para capturar componentes diminutos y complejos, e incluso pueden medir aquellos con superficies reflectantes. Estas máquinas se utilizan a menudo para realizar ingeniería inversa o inspeccionar la calidad de piezas industriales complejas, incluidos rodamientos, impulsores y válvulas, ya sean moldeadas por inyección de plástico o impresas en 3D. También se utilizan en otras industrias como la dental y la joyería.

Escáneres 3D portátiles

¿Buscas una solución de escaneo 3D metrológico portátil que pueda implementarse sin restricciones y con una verdadera libertad de movimiento? Si es así, los dispositivos portátiles de metrología 3D pueden ser adecuados para ti. Estos proporcionan a los usuarios la flexibilidad de escanear objetos medianos y grandes a un ritmo. Si el escáner 3D es inalámbrico, estos beneficios se amplifican, ya que una mayor maniobrabilidad naturalmente facilita el escaneo de superficies difíciles y objetos con características complejas.

Dado que hay tantos dispositivos portátiles, con diferentes rangos, resoluciones de texturas y capacidades de captura de puntos, también es más fácil para los nuevos usuarios encontrar uno que se adapte a las necesidades de su aplicación, en esta categoría.

La accesibilidad es otro de los factores atractivos que sigue haciendo que el escaneo 3D portátil sea una alternativa atractiva a las voluminosas y costosas CMMs. La mayoría de las veces, los escáneres 3D son más baratos de adoptar y más fáciles de usar. Con el Artec Leo, incluso puedes usar su cámara a color incorporada y la cámara 3D para seguir el progreso del escaneo en tiempo real a través de su pantalla.

El panel táctil interactivo de 5,5" del escáner 3D inalámbrico e impulsado por IA, Artec Leo.

Aquellos que trabajan en la fabricación industrial también pueden automatizar la inspección de piezas. Los dispositivos de escaneo 3D portátiles generalmente se pueden montar en brazos robóticos, que, a su vez, se pueden controlar con IA de un modo que permite medir los lotes de piezas utilizando la ruta de escaneo ideal, desbloqueando los beneficios de velocidad de captura y precisión.

Escáneres 3D montados en robótica

Esto nos lleva a las soluciones de escaneo montadas en el brazo del robot. Si bien no son un tipo distinto de escáner láser 3D en sí mismos, estas configuraciones representan un medio interesante de automatización. Ya sea que estemos hablando de sistemas portátiles o escáneres láser de largo alcance, la mecanización ofrece muchos beneficios potenciales, especialmente cuando se adopta en entornos industriales.

Una de las principales ventajas del escaneo robótico montado en el brazo es que reduce la cantidad de interacción humana necesaria dentro de la metrología 3D, por lo que hay menos posibilidades de que los productos se midan incorrectamente. Cuando se implementan en líneas de producción, estas soluciones también son particularmente hábiles para realizar múltiples tareas a buen ritmo, capturando datos y analizando simultáneamente la calidad de las piezas.

Por lo tanto, los brazos robóticos fijados al escáner 3D ofrecen una solución potencial a los cuellos de botella que pueden producirse durante el aseguramiento de la calidad de alto rendimiento con las CMMs tradicionales. Sin embargo, la conexión de soluciones de metrología 3D a una base fija naturalmente las restringe a operar en un área predeterminada. Como tal, estas configuraciones requieren una planificación exhaustiva por adelantado y no se recomiendan para abordar casos de uso en los que la flexibilidad es un requisito previo.

Escáneres 3D de posición fija

Con el uso de ciertos escáneres láser 3D, ahora es posible escanear objetos a una escala verdaderamente épica, que van desde turbinas eólicas marinas hasta edificios enteros y entornos exteriores en expansión.

Cuando se trata de hacerlo, muchos recurren a los dispositivos de metrología 3D de detección y alcance de luz (LIDAR), y con razón. Estos escáneres 3D se pueden montar y dejar escanear por sí solos con precisión, a distancia, con una mínima intervención humana.

El último escáner láser 3D de largo alcance de Artec 3D, Artec Ray II, en funcionamiento.

Donde esta tecnología decae es en aplicaciones de escala menor, un área en la que las opciones de dispositivos portátiles a menudo son más adecuadas. Además, la barrera de entrada es bastante alta, especialmente cuando se trata de usar datos. Como resultado, es aconsejable desarrollar tu experiencia antes de una adopción.

También existen soluciones de escaneo de luz estructurada e infrarroja que están diseñadas para fijarse a trípodes telescópicos. Sin embargo, si bien estos se pueden configurar para adquirir datos desde varias alturas y a distancia, su naturaleza estática significa que pierden gran parte de la maniobrabilidad, lo que hace que los dispositivos portátiles sean herramientas de captura tan atractivas, en primer lugar.

Si estás buscando una alternativa «comodín», puede valer la pena considerar la fotogrametría. Sistemas como el Kit de Metrología de Artec permiten medir con una increíble precisión de hasta 2 micras, y completar tareas de inspección de calidad y análisis de deformación acumulando errores mínimos. En la práctica, esto significa que se puede utilizar para medir los cambios geométricos de componentes, como piezas de vehículos y tanques de almacenamiento, con alta precisión y analizar la deformación de su material bajo carga.

Si bien se puede implementar por sí solo, el kit también se puede integrar en flujos de trabajo industriales más amplios o usarse como herramienta de referencia para lograr una precisión de escaneo 3D aún mayor a distancia.

Como puedes notar, hay muchos escáneres 3D de metrología diferentes por ahí. Esto plantea la pregunta: ¿cuál deberías elegir? No existe una solución única para todos —fotogrametría, luz estructurada o escaneo láser— por lo que hay varios aspectos a considerar antes de comprar la tecnología.

Exactitud

La mayoría de los dispositivos se comercializan con una precisión de un cierto número de milímetros. En realidad, esta cifra te indica qué tan cerca puede llegar una medición de ese escáner a las dimensiones reales de un objeto. Por supuesto, los niveles de precisión varían según el modelo, pero generalmente se acepta que se necesita una precisión de escaneo único (en lugar de una precisión volumétrica) de 0,1 mm o menos para medir o crear gemelos digitales de un objeto de manera efectiva.

Cuando se trata de metrología 3D, cuanto mayor sea el rango de error, menos efectivo será un dispositivo. En aplicaciones como la inspección de piezas, por ejemplo, la integridad de los datos es esencial para garantizar que se han fabricado de acuerdo con los diseños iniciales del producto. Del mismo modo, cualquier desviación significativa creará otro obstáculo para lograr los principales objetivos del aseguramiento de la calidad: detectar y solucionar defectos y aumentar la repetibilidad del producto.

Cuando se trata de metrología 3D, cuanto mayor sea el rango de error, menos efectivo será un dispositivo. En aplicaciones como la inspección de piezas, por ejemplo, la integridad de los datos es esencial para garantizar que se hayan fabricado de acuerdo con los diseños iniciales del producto.

Resolución

Si estás sopesando comprar un escáner de metrología 3D, también deberás considerar qué tan intrincado es el nivel de detalle que deseas capturar. Escanear componentes complejos, de superficies oscuras o reflectantes, a través de agujeros o superficies con honduras profundas, siempre será más complicado que hacerlo con objetos compactos y completamente densos. Pero puedes facilitarte la vida comprobando que cualquier escáner que compres cumpla con ciertas especificaciones.

Un escaneo 3D altamente detallado capturado con las tecnologías increíblemente precisas de Artec 3D.

Uno de los más importantes es la resolución 3D. En lugar de la resolución de las imágenes escaneadas en sí, el término describe el espacio mínimo entre dos puntos en las mallas 3D resultantes. Una mayor resolución significa más puntos de datos para procesar, pero generalmente también produce modelos con mayor detalle. Aquellos que busquen capturar texturas a todo color también deberán mirar los bits por píxel de un dispositivo. Cuanto mayor sea el BPP, mejor será la capacidad de captura de color.

Escala

Puede sonar obvio, pero los posibles usuarios del escaneo 3D primero deben considerar qué tan grande es un objeto que pretenden digitalizar o medir. Con los dispositivos portátiles, por ejemplo, puedes capturar la más amplia variedad de objetos de tamaño mediano a grande. En Artec 3D, esta flexibilidad es una de las razones por las que nuestro Artec Leo inalámbrico y totalmente maniobrable sigue siendo tan popular. Sin embargo, si estás buscando escanear a microescala o capturar objetos de tamaño extremadamente grande como aviones o edificios, otros dispositivos pueden ser más adecuados.

Mientras que el Artec Micro II captura los detalles más finos, el Artec Ray II está diseñado para manejar objetos mucho más grandes.

Entonces, ¿cómo puedes saber la capacidad de un escáner 3D? Bueno, la distancia de trabajo de un dispositivo te dirá qué tan cerca tendrás que estar para capturar un objeto determinado. Si necesitaras que esta cifra sea alta o baja dependerá (al menos hasta cierto punto) de su aplicación de destino. Si planeas capturar paisajes o infraestructura a distancia, el escaneo láser LIDAR de largo alcance es probablemente tu mejor opción. Por otro lado, si vas a trabajar en espacios más estrechos o angostos, un escáner de mano con una distancia de trabajo corta sería más ideal.

Velocidad

Dependiendo de su aplicación, es posible escanear en 3D piezas pequeñas en grandes volúmenes y en un número bajo de construcciones más grandes. Ya hemos hablado de las especificaciones a gran escala, así que vamos a explorar ahora los factores que hay que tener en cuenta a la hora de intentar realizar un escaneo 3D para garantizar la calidad en áreas de alto rendimiento, como las líneas de producción.

Una de las varias métricas que deben sopesarse es la velocidad de adquisición de datos de un dispositivo. A menudo medido en puntos por segundo, cuanto mayor es este número, más rápidamente es capaz de recoger puntos de datos a lo largo de la superficie de un objeto. Si bien sólo hay pequeñas diferencias entre los tiempos de exposición 3D de muchos dispositivos modernos, esto también tiene un efecto en cadena en la velocidad.

El campo de visión de su escáner 3D, o el área máxima que es capaz de capturar desde una distancia determinada, también puede afectar el ritmo con el que puedes escanear. Por ejemplo, el Spider II, optimizado para precisión, es experto en escanear dentro de un área de 171 x 152 mm, mientras que el Artec Leo tiene un rango más amplio de 838 × 488 mm. Esto significa que, si bien ambos pueden capturar objetos del mismo tamaño general, el primero tardará más en hacerlo que el segundo.

Por otra parte, cosas como la facilidad de uso también pueden afectar al rendimiento, dado que cuanto más tiempo se tarde en dominar un escáner 3D, es probable que los usuarios sean menos productivos. Con un dispositivo portátil flexible, también tiende a ser más fácil sortear cualquier obstáculo el objeto que estás tratando de medir y tú. Como tal, la comodidad del escaneo no es sólo una cuestión de experiencia del usuario, es una parte importante para ayudar a los usuarios a continuar con la tarea en cuestión.

Movilidad

Como Artec Leo está completamente libre de cables, se puede utilizar para capturar escaneos en condiciones difíciles.

Por último, pero no menos importante, vale la pena preguntarse: ¿necesito un escáner 3D montado o de mano? Si bien es más probable que el primero sea ideal para el escaneo 3D en grandes volúmenes o la captura de objetos grandes (piensa en grandes piezas de aviones y fábricas), el uso del segundo tiene sus propias permutaciones.

Teóricamente, incluso los dispositivos portátiles de menor costo brindan una libertad de movimiento que le permite a los usuarios capturar un objeto desde cualquier ángulo. Pero tienden a venir con cables que limitan cómo se puede lograr esto en la práctica. Por lo tanto, los usuarios de estos escáneres 3D deberán tener en cuenta la proximidad de la toma de corriente, así como la ubicación del objeto que pretenden capturar.

Si estuvieran en la industria automotriz y trataran de escanear el interior de un vehículo en una planta de ensamblaje, por ejemplo, ¿podría el cable enrollarse alrededor de los asientos y otros obstáculos interiores?

Las soluciones de metrología 3D como el Leo superan estos problemas al estar completamente libres de cables. Además de ser el primer escáner 3D inalámbrico y alimentado por IA del mundo, esta portabilidad significa que el dispositivo es mejor para recoger datos desde ángulos difíciles de alcanzar. Gracias a su pantalla integrada, los usuarios también pueden concentrarse en adquirir todos los puntos de datos correctos, sin tener que cambiar de monitor para ver cómo lo están haciendo.

Garantía de calidad

Una de las aplicaciones más amplias del escaneo 3D de metrología es la inspección de piezas. En entornos industriales, los fabricantes utilizan la tecnología para verificar que los componentes finales pueden funcionar según lo diseñado. Este proceso es vital no solo para garantizar la calidad del producto (y la satisfacción del cliente si está hecho para la venta), sino también para evitar errores de fabricación costosos y que consumen mucho tiempo.

Aunque la uniformidad de las piezas es clave para el éxito de la mayoría de las iniciativas de fabricación, el nivel de tolerancia a las desviaciones es especialmente bajo en ciertos sectores. En industrias estrictamente reguladas como la aeroespacial, los componentes a menudo deben cumplir con estrictos criterios de resistencia al calor, al peso y a los productos químicos. Como resultado, las inconsistencias aquí presentan un riesgo potencial de fallo. Con el escaneo 3D, puedes evitar que esto suceda asegurándose de que las piezas se produzcan según las especificaciones.

En una aplicación práctica de aviación, un equipo de Luxembourg Air Rescue ha desplegado previamente el escaneo de Artec para modelar en 3D helicópteros. Entre otras cosas, esto permitió a los ingenieros inspeccionar el cuerpo exterior de la nave en busca de daños causados por impactos infligidos al volar en condiciones climáticas adversas o durante aterrizajes pesados. Con los datos recopilados, el equipo sigue siendo capaz de minimizar el tiempo de inactividad de la picadora mediante la evaluación y el diagnóstico rápidos de los defectos.

Ingeniería inversa

Aprovechando las mediciones obtenidas a través de las soluciones de metrología 3D, también es posible realizar ingeniería inversa, digitalizar y ajustar los parámetros de un componente para mejorar su rendimiento. Dicha digitalización puede ser particularmente útil cuando se trata de obtener piezas heredadas, ya que una vez descontinuadas, pueden volverse raras o costosas y, en algunos casos, desaparecer por completo. En lugar de eliminar o actualizar los equipos antiguos, el proceso de escaneo 3D ofrece a los fabricantes un medio para repararlos y conservarlos de forma rentable.

Por supuesto, hacerlo de manera efectiva depende de que los usuarios determinen la intención de diseño del inventor de la pieza y minimicen los errores acumulados. Las piezas con superficies oscuras o reflectantes, así como las que tienen formas orgánicas, también serán naturalmente más difíciles de digitalizar. Pero con paquetes de software como Artec Studio, que permiten la alineación automática de escaneos, además de proporcionar a los usuarios herramientas manuales y de superficie automática, definitivamente se está volviendo más fácil de lograr.

El mapeo de distancias de Artec Studio se utiliza para evaluar áreas de desviación.

Si necesitas acceso a herramientas de inspección de escaneo 3D más avanzadas, Artec Studio también ofrece una compatibilidad perfecta con softwares como ZEISS INSPECT Optical 3D y Geomagic Control X.

Pruebas e iteración de productos

Durante el desarrollo de productos, ser capaz de digitalizar e iterar rápidamente los diseños es fundamental para el éxito. El escaneo 3D hace que la creación de modelos 3D de alta precisión sea rápida y sencilla, de una manera que acelera el proceso de diseño más amplio. Del mismo modo, la inspección inicial del prototipo es vital para identificar y eliminar cualquier defecto: los escáneres 3D también pueden desempeñar un papel clave en este caso.

En ASICS, por ejemplo, los zapatos para correr se escanean en 3D para la inspección del diseño, iteración y comercialización utilizando el predecesor del Spider II, Artec Space Spider. La integración de la tecnología en el flujo de trabajo de la empresa ha mejorado sus capacidades de visualización y le ha permitido evaluar mejor los productos antes de que lleguen a las estanterías. En la fabricación, el mismo concepto se puede aplicar a la captura de piezas heredadas como medio para implementar actualizaciones de diseño durante las modernizaciones.

Análisis de deformación

Al igual que con las estructuras aeroespaciales, muchos de los elementos de diseño vistos en la industria automotriz están sujetos a una intensa deformación bajo carga. Por razones de seguridad, los fabricantes de automóviles están obligados a analizar cómo su rendimiento se ve afectado por el uso continuo. Pero, ¿cómo logran hacerlo rápidamente y con la precisión de grado metrológico necesaria?

Ahora muchos usan el escaneo 3D para evaluar cómo es probable que funcionen los prototipos, o ensamblajes, como los tanques de almacenamiento que se ven afectados por diferentes condiciones a lo largo del tiempo. A diferencia de las CMM, la tecnología también se puede implementar a un ritmo rápido. Esto lo hace más adecuado para analizar la posición de componentes, como los pernos y puntos de soldadura en el chasis de automóviles en líneas de producción activas.

Un escaneo de un Dodge Charger fusionado con un modelo 3D ejemplar del mismo vehículo, en preparación para la inspección en Artec Studio.

A mayor escala, el escaneo 3D también es perfecto para inspeccionar la degradación de la infraestructura a lo largo del tiempo. Una investigación en Estados Unidos ha demostrado que la tecnología es capaz de descubrir las capacidades de estructuras como puentes con precisión, a alta velocidad, en todo el país.