Análisis e implementación de un método de visión artificial para microposicionado basado en un sistema cámara-pantalla

  1. DE FRANCISCO ORTIZ, ÓSCAR
Supervised by:
  1. Manuel Estrems Amestoy Director
  2. Horacio T. Sánchez Reinoso Director

Defence university: Universidad Politécnica de Cartagena

Fecha de defensa: 23 March 2020

Committee:
  1. Félix Faura Mateu Chair
  2. Miguel Arizmendi Jaca Secretary
  3. José Luis Ajuria Foronda Committee member
Department:
  1. Ingeniería Mecánica, Materiales y Fabricación

Type: Thesis

Abstract

Resumen de la tesis: El principal objetivo de esta tesis doctoral es la obtención de un sistema de posicionamiento robusto y preciso en micromecanizado basado en una cámara y una pantalla LCD así como el estudio y análisis de las posibilidades de dicho sistema. Por tanto, se ha desarrollado un sistema de posicionamiento utilizando un Algoritmo de Visión Artificial que detecta los puntos objetivo de posicionamiento de una trayectoria mostrada sobre la pantalla. El sistema desarrollado aumenta la robustez y la precisión realizados en estudios preliminares. La trayectoria analizada se muestra sobre una pantalla utilizando un patrón de LEDs iluminados que es programada por algoritmo específicamente desarrollado durante esta investigación. La cámara, que está situada frente a la trayectoria de la herramienta, toma una foto al final de cada desplazamiento producido por el actuador del microposicionador sobre el eje en movimiento. Dado que la resolución de la cámara es mayor que la resolución de la pantalla, el LED iluminado en la pantalla se magnifica en un conjunto de píxeles. El Algoritmo de Visión filtra los píxeles con el fin de eliminar aquellos que tienen un nivel de intensidad por debajo de un umbral dado, calculando el centro de masas de este grupo de píxeles, por lo que las coordenadas de la posición de destino se determinan en unidades de píxel. Como resultado, se pueden determinar el desplazamiento de los ejes y, por tanto, su error. Se han implementado diversas mejoras, tales como un proceso de alineación automática entre la pantalla LCD y la cámara, para reducir errores y lograr una mejora significativa en la estabilidad del sistema. Para la validación del Algoritmo de Visión se ha diseñado y fabricado un demostrador. Las pruebas con éste validan el método y ponen de manifiesto la robustez, precisión y convergencia del posicionamiento. Adicionalmente, con el objetivo de analizar los errores en el sistema cámara-pantalla, en esta tesis se presenta un nuevo método para obtener el posicionamiento general del foco de una cámara a partir de una imagen que incluye un rectángulo en una referencia fija con posición y dimensión conocidas. Basado en este método, también se presenta un nuevo método de compensación de error de posición de la herramienta de una micromáquina basada en el sistema de posicionamiento de cámara-pantalla que también proporciona información sobre desviaciones angulares del eje de la herramienta durante su funcionamiento. Por último, se ha desarrollado un novedoso algoritmo de referencia absoluta basado en la representación en pantalla de un gráfico asimétrico como es una espiral logarítmica. Se presentan 3 métodos diferentes para un posicionamiento global, encontrándose que el mejor de ellos, basado en el método de Newton-Raphson, proporciona muy buena exactitud en el cálculo de la posición del centro de la espiral dibujada. Estos métodos, además de proporcionar una referencia global al sistema de microposicionamiento, elimina la necesidad de toma de ceros en caso de pérdida de energía, colisión o reinicio de la misma. Por tanto, el sistema de microposicionamiento basado en un sistema cámara-pantalla expuesto en esta tesis proporciona un método preciso y robusto con aplicaciones en micromecanizado, extensible a otras aplicaciones, con un coste ventajoso frente a las tecnologías utilizadas actualmente. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/