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ISSN: 1698-5990 Dep. legal: LE-1246-04 ISSN (Edic. impresa): 0212-5072
ÍNDICE VOLUMEN 1
APLICACIONES INFORMÁTICAS EN INGENIERÍA MECÁNICA
APLICACIÓN INFORMÁTICA PARA LA MEDICIÓN AUTOMÁTICA DEL DESGASTE DE PLAQUITAS DE CORTE MEDIANTE IMAGEN DIGITAL Enrique Alegre Gutiérrez, Joaquín Barreiro García, Tomás Alonso Rodríguez....................................... 159
PROGRAMA PARA LA PLANIFICACIÓN DEL PROCESO DE ELECTROEROSIÓN POR PENETRACIÓN Gustavo Araujo Pérez, José L. Diéguez Quintas, Enrique Ares Gómez .................................................. 165
SELECCIÓN DE PROCESOS DE FABRICACIÓN Y ANÁLISIS DE FABRICABILIDAD EN EL DISEÑO PRELIMINAR Inés Ferrer, José Ríos, Quim De Ciurana ................................................................................................. 173
MBSLAB: UN ENTORNO COLABORATIVO PARA SIMULACIÓN DE SISTEMAS MULTICUERPO M. González, J. Cuadrado ........................................................................................................................ 181
SIMULACIÓN GRÁFICA DE SISTEMAS MECÁNICOS UTILIZANDO LA HERRAMIENTA DE REALIDAD VIRTUAL DE MATLAB Beatriz López Boada, María Jesús López Boada, Vicente Díaz López.................................................... 187
CREACIÓN DE UN ENTORNO VIRTUAL PARA UN SIMULADOR DE CONDUCCIÓN Paz Morer Camo, Miguel Ángel Naya Villaverde, Luis Monzón Gómez................................................ 193
INTEGRACIÓN DE UNA APLICACIÓN INFORMÁTICA EN UNA ESTACIÓN DE TRABAJO DE PROCESADO DE MATERIALES POR LÁSER G. Nicolás, A. Ramil, A.J. López, J.C. Alvarez, V. Piñón ....................................................................... 203
DESARROLLO DE UN SOFTWARE DE ADQUISICIÓN Y ANÁLISIS DE SEÑALES V. Piñón , A. Ramil, M. Mateo, C. Álvarez, G. Nicolás .......................................................................... 209
DESARROLLO DE UNA BASE DE DATOS ESPECÍFICA SOBRE NORMAS GPS EN METROLOGÍA DIMENSIONAL María Ana Sáenz Nuño, Antonio J. de Vicente Rodriguez, Ana B. Cárdenas-Donoso, Oscar Cortés-Maqueda ....................................................................................................................................... 215
APLICACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN ORIENTADA A OBJETOS EN LA SIMULACIÓN MEDIANTE REALIDAD VIRTUAL DE EQUIPOS AUTOMATIZADOS DE FABRICACIÓN A. Sanz Lobera, J. García Zamora............................................................................................................ 223
PROGRAMA “EQUICAD-6B” PARA EQUILIBRAR LAS FUERZAS DE INERCIA EN LAS CADENAS CINEMÁTICAS DE CUATRO Y SEIS ESLABONES Victoriano V. Vera Martínez.................................................................................................................... 233
III
Desarrollo de un Software de Adquisición y Análisis de Señales
V. Piñón, A. Ramil, M. Mateo, C. Alvarez, G. Nicolás
Departamento de Ingeniería Industrial II Universidade da Coruña
15403 Ferrol Tfno. +34 981337400 ext 3411. E-mail: [email protected]
1 Introducción El control de procesos en tiempo real es una necesidad en el ámbito científico-tecnológico y cada una requiere una solución específica [1-4]. Los códigos comerciales proporcionan soluciones parciales a un conjunto limitado de aplicaciones, muchas veces con un coste elevado. En este trabajo se presenta un software de adquisición y análisis de señales que permite la monitorización y el control del proceso en tiempo real. 2. Instrumentación El material empleado consta de un osciloscopio y de un ordenador personal, ambos equipados de una tarjeta GPIB. El osciloscopio utilizado dispone de cuatro canales permitiendo la adquisición simultánea de las distintas señales. 3. Resultados y Discusión La aplicación escrita en Visual Basic y basada en la comunicación entre el ordenador y el osciloscopio a través de GPIB se presenta como una interface intuitiva y de fácil manejo que incluye módulos de configuración, adquisición y tratamiento (Figura 1).
Figura 1. Módulos de la aplicación.
Antes de efectuar el proceso, se pueden ajustar los parámetros de la adquisición, así como guardar y cargar configuraciones anteriores. Durante el proceso, el programa almacena las señales que adquiere el osciloscopio proporcionando en tiempo real sus características (voltaje máximo, duración de la señal...). El análisis de estos resultados permite enviar órdenes vía GPIB ó RS232 que cierren el ciclo de control del proceso. También puede realizarse el tratamiento de señales previamente adquiridas y almacenadas. El programa desarrollado se ha utilizado en particular para el control de procesos de tratamientos láser, donde se han adquirido señales obtenidas por diferentes detectores ópticos, pudiendo trabajar esta aplicación a frecuencias de disparo de 5Hz. El carácter modular y escalable del software permite rápidas y sencillas modificaciones para incluir los módulos de adquisición y de análisis adecuados a cada proceso específico. 4 Conclusiones El trabajo presentado consiste en la elaboración de una aplicación de adquisición y análisis de señales y de control de procesos en tiempo real, de carácter general, cuya flexibilidad permite adaptarla a procesos específicos como tratamientos de materiales por láser.
Configuración dela adquisición
Tratamiento de señales
Adquisición yanálisis
Proceso
Ciclo de controldel proceso
Software
Configuración dela adquisición
Tratamiento de señales
Adquisición yanálisis
Proceso
Ciclo de controldel proceso
Software 5 Referencias [1] S. Ribaric & M. Santic, Comput. Meth. Prog. Bio., 66, (2001) p. 209. [2] P. Beiersdorfer, G. V. Brown & L. Hilderbrandt, K. L. Wong, R. Ali, Rev. Sci. Instrum. ,72(1), (2001) p. 508 [3] T. Ozkul, J. Syst. Softw, 37, (1997) p. 227 [4] D. Kong, R. Gentz & J. Zhang, Cyto technology, 26, (1998) p. 227
Revista de la Asociación Española de Ingeniería Mecánica Año 15 / volumen 1 / Diciembre 2004
EDITORES
Dña. Susana Martínez Pellitero D. Joaquín Barreiro García
Organizan:
Universidad de León Escuela Superior de Ingeniería Industrial e Informática
Asociación Española de
Ingeniería Mecánica
Imprime: SERVICIO DE PUBLICACIONES DE LA UNIVERSIDAD DE LEÓN
ISSN: 0212-5072 Depósito Legal: BI-71-97 ISSN (Edición Digital): 1698-5990
209
Desarrollo de un software de adquisición y análisis de señales
V. Piñón, A. Ramil, M.P. Mateo, J.C. Alvarez, G. Nicolás
Centro de Investigaciones Tecnológicas, Universidade da Coruña C/ Mendizábal s/n, 15403 Ferrol
Tfno. +34 981337400 ext 3411. E-mail: [email protected]
Resumen En este artículo se presenta un software de adquisición de señales y control de procesos en tiempo real. Dicho software permite adquirir mediante un osciloscopio las señales procedentes de diferentes detectores, monitorizar sus características (máximo, duración, etc.) y generar una respuesta vía GPIB o RS232 que cierre el ciclo de control del proceso. El programa, escrito en Visual Basic, está basado en la comunicación entre PC y osciloscopio a través de GPIB, permitiendo, gracias a la flexibilidad del código, implementar diferentes tipos de análisis que generen por tanto distintas salidas según el proceso a controlar. La aplicación aúna la potencia de cálculo de un PC con la flexibilidad y velocidad de muestreo de un osciloscopio, instrumentos ambos comunes en un laboratorio, proporcionando una solución económica sin tener que recurrir a tarjetas de adquisición A/D de carácter más específico o a un software comercial. Palabras Clave: Software, adquisición de señales, control de procesos. Abstract In this work, a software for data acquisition and process control in real time is presented. The program allows acquiring by an oscilloscope the signals coming from different sensors, monitoring their characteristics (maximum, duration, etc.) and generating a response output through GPIB or RS232 that closes the loop of process control. The software, written in Visual Basic, is based on the communication between PC and oscilloscope through GPIB, allowing due to the flexibility of the code, the implementation of different types of analysis that generate outputs which depend on the process to control. The application joins the calculus power of a PC and the flexibility and speed of an oscilloscope, both instruments usual in a laboratory, supplying an economical solution that avoids more specific A/D acquisition cards or commercial software. Keywords: Software, data acquisition, process control.
1. Introducción
La adquisición, monitorización de señales y control de procesos son problemas a
resolver cuando se llevan a cabo experimentos en cualquier laboratorio, requiriendo una
solución específica en cada aplicación [1-4]. Los programas comerciales de
comunicación PC-osciloscopio pueden ser en algunos casos una solución, en general
muy poco flexible debido al carácter cerrado del código y a veces demasiado costosa,
pero no suelen permitir el control del proceso. En otros casos, la compra de una tarjeta
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Aplicaciones Informáticas en Ingeniería Mecánica
de adquisición A/D resuelve el problema de la adquisición, pero cuando se introducen
modificaciones en el experimento, las características de las señales pueden ser
diferentes y la tarjeta deja de cumplir los requisitos exigidos.
En este trabajo, se presenta un software de adquisición y análisis de señales que permite
la monitorización y el control de procesos en tiempo real. El programa escrito en Visual
Basic se basa en la comunicación vía GPIB (General Purpose Interface Bus) entre PC y
osciloscopio (figura 1) uniendo la capacidad de muestreo y flexibilidad de un
osciloscopio con la potencia de cálculo y análisis de un PC.
Proceso 009
PANOCHAS´95
Diagnostico 1
Diagnostico n
.
.
.
GPIB
Respuesta (Via GPIB ó RS 232)
Proceso 009
PANOCHAS´95
009
PANOCHAS´95
Diagnostico 1
Diagnostico n
.
.
.
GPIB
Respuesta (Via GPIB ó RS 232)
Figura 1. Esquema básico del software
El software permite configurar las condiciones de la adquisición (disparo, rango
temporal y voltaje, frecuencia de muestreo, etc.) según el experimento a realizar,
guardar en disco las señales muestreadas por el osciloscopio, monitorizar en tiempo real
las características de las mismas y a partir del análisis de estas características generar
una salida para el control del proceso a través de GPIB o RS232. Dicha salida puede
programarse fácilmente debido al carácter abierto del código. El software ha sido
utilizado de forma satisfactoria en la monitorización y control de procesos de
tratamiento de materiales por láser pulsado pudiendo trabajar a frecuencias de trabajo
del orden de 5 Hz.
2. Instrumentación
Para la realización de este trabajo, se ha utilizado un ordenador y un osciloscopio
equipados ambos con una tarjeta GPIB. El puerto GPIB es una interface estándar para la
comunicación entre dispositivos que alcanza velocidades de transferencia de
211
Aplicaciones Informáticas en Ingeniería Mecánica
1 MByte/seg, muy superiores a las obtenidas por medio del puerto RS232. El
osciloscopio utilizado dispone de cuatro canales de entrada lo que permite la
adquisición de cuatro señales de forma simultánea. Para el control de procesos de
tratamiento láser, se han acoplado al osciloscopio distintos detectores ópticos que
monitorizan la energía de cada pulso láser y que proporcionan información temporal de
los fenómenos característicos formados durante el tratamiento.
3. Descripción del programa
El programa que presenta una interface intuitiva y de fácil manejo, posee una estructura
de tres módulos (figura 2): configuración de la adquisición, control del proceso donde
se engloba la adquisición, análisis y generación de respuesta, y por último un módulo de
tratamiento de las señales obtenidas para un post-procesado y visualización de las
mismas.
Configuración dela adquisición
Tratamiento de señales
Control del proceso
Proceso
Ciclo de controldel proceso
Software
Configuración dela adquisición
Tratamiento de señales
Control del proceso
Proceso
Ciclo de controldel proceso
Software
Figura 2. Módulos de la aplicación
A continuación se describen cada uno de los módulos de los que consta el programa,
pasando por último a comentar su utilización en procesos de tratamiento de materiales
por láser.
3.1 Configuración de la adquisición
Esta parte del software permite visualizar y modificar los parámetros de la adquisición,
como paso previo a la adquisición propiamente dicha. El programa presenta de forma
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Aplicaciones Informáticas en Ingeniería Mecánica
agrupada para mayor comodidad, tal como muestra la figura 3, los distintos parámetros
de configuración de la adquisición. Por una parte, se tienen los relacionados con el
evento de disparo (canal, nivel y tipo de disparo, etc.), por otra aquellos relacionados
con el canal de entrada de la señal (escala de voltaje, impedancia, etc.), y por último
aquellos relacionados con el tipo de adquisición a realizar (simple, promediada, etc.).
Figura 3. Pantalla de configuración de la adquisición
Con el objeto de facilitar nuevas adquisiciones, el programa permite cargar
configuraciones previamente guardadas, optimizando así el tiempo de preparación de
cada experimento.
3.2 Control del proceso
Este módulo del programa es el encargado de la adquisición de las señales generadas
durante el proceso y recogidas por los diferentes detectores conectados al osciloscopio,
así como del cálculo de los valores representativos de las mismas (máximo, duración,
etc.). A partir de la monitorización y evaluación en tiempo real de estos valores se
puede generar una respuesta vía GPIB o RS232 que cierre el ciclo de control del
proceso. Debido al carácter abierto y flexible del código fuente podemos implementar
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Aplicaciones Informáticas en Ingeniería Mecánica
nuevos análisis y respuestas de forma rápida y sencilla, permitiendo que el mismo
programa controle diferentes tipos de procesos.
Las señales obtenidas son guardadas en un archivo, uno por cada canal adquirido, que
contiene la parte de la señal propiamente dicha, las condiciones de la adquisición, así
como comentarios introducidos por el usuario. A su vez y como método de control y
seguridad, se genera durante la transmisión un archivo ‘.log’ con información relativa a
la comunicación y tiempos de transmisión de datos entre PC y osciloscopio.
3.3 Tratamiento de señales
El software permite una vez terminado el proceso, el análisis rápido de los datos
obtenidos. En este sentido, mediante el módulo de tratamiento de señales se pueden
representar e imprimir las señales guardadas (figura 4), así como la evolución de sus
parámetros característicos (voltaje máximo, duración, etc.) sin tener que acudir a otro
programa.
Figura 4. Representación de las señales adquiridas durante un proceso
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Aplicaciones Informáticas en Ingeniería Mecánica
La aplicación permite editar los archivos, eliminando aquellas señales que no son
interesantes, y en caso de querer tratar los datos con otro programa, el usuario puede
exportar los ficheros a ASCII.
3.4 Aplicación a procesos de tratamientos por láser
El programa ha sido utilizado para la adquisición y control de señales en procesos de
tratamiento de materiales por láser, concretamente en aplicaciones de decapado. En
dichos procesos se hace incidir el haz procedente de un láser pulsado sobre una
superficie, de manera que la transferencia de energía del pulso a la superficie provoque
la fusión y evaporación de la muestra así como la formación de un plasma si la densidad
de energía aplicada es suficiente. Mediante un detector óptico se puede recoger la
radiación emitida por este plasma y controlar la evolución de su intensidad y duración,
propiedades ambas dependientes del material que se está tratando. A su vez y mediante
un detector de energía se puede obtener la energía emitida por pulso para un mayor
control del proceso. En definitiva, gracias a la adquisición y análisis de estas señales es
posible controlar el tratamiento del material en tiempo real.
4. Conclusiones
El trabajo presentado consiste en la elaboración de un programa de adquisición de
señales y control de procesos en tiempo real, de carácter general y cuya flexibilidad nos
permite adaptarlo a un amplio rango de procesos utilizando únicamente un PC y un
osciloscopio, equipos ambos comunes en cualquier laboratorio, sin tener que recurrir a
soluciones más costosas como aplicaciones comerciales y tarjetas de adquisición
específicas para cada proceso o experimento.
5. Referencias
1. S. Ribaric, M. Santic, Comput. Meth. Prog. Bio., 66, (2001) p. 209.
2. P. Beiersdorfer, G. V. Brown, L. Hilderbrandt, K. L. Wong, R. Ali, Rev. Sci.
Instrum., 72(1), (2001) p. 508.
3. T. Ozkul, J. Syst. Softw., 37, (1997) p. 227.
4. D. Kong, R. Gentz, J. Zhang, Cytotechnology, 26, (1998) p. 227.