Análisis e implementación de un método de visión artificial para microposicionado basado en un sistema cámara pantalla
[SPA] El principal objetivo de esta tesis doctoral es el análisis, estudio y obtención de un sistema de posicionamiento en micromecanizado basado en una cámara y una pantalla LCD. 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 utilizando un patrón de LEDs iluminados. Una cámara 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. La cámara obtiene los LEDs iluminados en la pantalla magnificándolos en un conjunto de píxeles. El Algoritmo de Visión filtra los píxeles y calcula el centro de masas. Como resultado, se pueden determinar el desplazamiento de los ejes y, por tanto, su error. Se han implementado diversas mejoras para reducir errores y lograr una mejora significativa en la estabilidad del sistema. Las pruebas con el demostrador fabricado 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 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. 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. Por tanto, el sistema de microposicionamiento cámara-pantalla desarrollado proporciona un método con aplicaciones en micromecanizado con un coste ventajoso frente a las tecnologías utilizadas actualmente. [ENG] The main objective of this doctoral thesis is the analysis, study and obtaining of a positioning system in micro-machining based on a camera and an LCD screen. A positioning system has been developed using an Artificial Vision Algorithm that detects the target positioning points of a trajectory shown on the screen using a pattern of illuminated LEDs. A camera located in front of the tool path, takes a photo at the end of each movement produced by the micro-positioner actuator on the moving axis. The camera gets the illuminated LEDs on the screen by magnifying them into a set of pixels. The Vision Algorithm filters the pixels and calculates the center of mass. As a result, the displacement of the axes and, therefore, their error can be determined. Various improvements have been implemented to reduce errors and achieve a significant enhancement in system stability. Tests with the manufactured demonstrator validate the method and demonstrate the robustness, precision and convergence of the positioning. Additionally, with the aim of analyzing errors in the camera-screen system, this thesis presents a new method to obtain the general positioning of the focus of a camera from an image that includes a rectangle in a fixed reference with position and known dimension. Based on this method, a new micro-machine tool position error compensation method is also introduced that provides information on angular deviations from the tool axis during operation. Finally, a novel absolute reference algorithm has been developed based on the on-screen representation of an asymmetric pattern. Three different methods for global positioning are presented, finding that the best of them, based on the Newton-Raphson method, provides very good accuracy in calculating the position of the center. Therefore, the developed camera-screen micro-positioning system provides a method with applications in micro-machining at an advantageous cost compared to the technologies currently used.
Mecanizado, Fabricación, Automatización, Instrumentos ópticos, Dispositivos Electroópticos
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