Perfilómetros láser 2D y 3D / escáneres industriales

Los perfilómetros láser 2D y 3D y los escáneres industriales son sistemas de adquisición de perfiles geométricos sin contacto, utilizados para el control dimensional de superficies, perfiles conformados, cordones de soldadura, secciones de extrusión y componentes complejos de forma libre. Generan un barrido completo del perfil 2D de una sección (mediante la proyección de una línea láser y una cámara en triangulación) o una nube de puntos 3D (mediante barrido lineal o rotativo de la línea láser sobre la pieza). Son indispensables en el control de calidad de componentes aeroespaciales, de automoción y ferroviarios, en robótica industrial y para aplicaciones de reverse engineering.

Perfilómetros 2D de línea láser

El perfilómetro 2D proyecta una línea láser sobre la superficie de la pieza y adquiere, mediante una cámara de alta resolución, la imagen de la línea deformada por la geometría de la pieza. Un algoritmo de triangulación convierte esa deformación en un perfil dimensional y proporciona miles de puntos por perfil a frecuencias de hasta varios kHz. Las resoluciones típicas son de 5-50 μm en la coordenada X y de 1-10 μm en la coordenada Z (profundidad), con campos de trabajo de pocos cm a más de 1 metro. Las fuentes láser azules (405 nm) son más adecuadas para objetos calientes, orgánicos o reflectantes.

Escáneres 3D

Los sistemas 3D se obtienen integrando un perfilómetro 2D con un sistema de movimiento (eje lineal motorizado, rotación de la pieza, brazo robótico). La superposición de perfiles sucesivos genera una nube de puntos tridimensional que, procesada con software dedicado, proporciona mallas poligonales utilizables para la comparación con el CAD nominal, el cálculo de tolerancias y la generación de informes de inspección. Los sistemas 3D avanzados operan con luz estructurada multifotograma, proyección de franjas o estereoscopia, y alcanzan exactitudes submicrométricas en volúmenes de trabajo reducidos.

Aplicaciones

Los perfilómetros 2D se utilizan para el control de cordones de soldadura (altura, anchura, perfil, presencia de defectos), la medición de juntas y perfiles de caucho, la verificación de formas de extrusión, el control de carriles y perfiles ferroviarios y la inspección de películas y bandas. Los escáneres 3D encuentran aplicación en el control dimensional de álabes de turbina, suspensiones de automoción, piezas aeroespaciales, moldes y matrices, prototipos, productos sanitarios y prótesis, y obras de arte y bienes culturales. El reverse engineering de componentes sin plano técnico es una de las aplicaciones más difundidas.

Software y flujo de trabajo

El software dedicado gestiona la calibración del sistema (patrones de calibración y algoritmos de rectificación), la adquisición y el registro de perfiles, el filtrado del ruido, la alineación con el CAD nominal (best-fit, RPS, datum), la comparación con tolerancias GD&T, la generación de mapas de color de las desviaciones y la emisión de informes fotorrealistas. La exportación en formatos estándar (STL, OBJ, IGES, STEP, DXF) habilita la integración con software CAD/CAM de terceros. Las funciones avanzadas incluyen diezmado de malla, relleno de huecos y reconstrucción de superficies a partir de la nube.

Normas y selección

Los sistemas 3D ópticos se caracterizan metrológicamente conforme a la VDI/VDE 2634 partes 2 y 3 (acceptance testing, verification). La calibración emplea barras de bolas y placas de bolas certificadas según ISO 17025. La selección depende de las dimensiones del volumen de trabajo, de la resolución requerida, de las características de la superficie (reflectividad, color, textura), de la integración con brazos robóticos o ejes motorizados, y del software de gestión.

El desarrollo de la industria 4.0 ha visto la difusión de sistemas perfilométricos robotizados: el sensor 3D se monta en un brazo robótico antropomorfo que barre automáticamente piezas complejas y produce en pocos minutos la digitalización completa del producto y su comparación con el CAD nominal.