7/25/2019 Los Instrumentos Topogrficos Como Alternativa en La Medicin Industrial

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Los instrumentos topogrficos como

alternativa en la medicin industrial

Javier Bisbal Martn, Mara Ana Senz Nuo

Los instrumentos topogrficos pueden ser utilizados como sistemas de medicin

alternativos en la industria. En este artculo nos centramos en algunas de las

aplicaciones ms relevantes de la topografa, una tecnologa que aparentemente no est

relacionada con la metrologa y que, sin embargo, puede ayudar a resolver problemas

geomtricos.

En muchas aplicaciones industriales los instrumentos y mtodos tradicionales resultan de

difcil aplicacin. Algunos instrumentos como teodolitos, niveles pticos o medidores de

distancias, que fueron concebidos para su utilizacin en mbitos topogrficos o geodsicos, se

revelan como eficaces aliados para la solucin de muchos problemas de medida.

De esta forma, dos ciencias como la topografa-geodesia y la metrologa, aparentemente

dispares, se acercan para poder solucionar problemas geomtricos. En cualquier caso no

debe olvidarse que la metrologa moderna surge en el siglo XIX junto a la geodesia, y que la

primera definicin del metro se obtiene a partir de las medidas geodsicas del arco del

meridiano, medido entre otros por los espaoles Jorge Juan y Antonio de Ulloa.

El general Ibez de Ibero fundador y primer director del Instituto Geogrfico fue el primer

presidente del Comit Internacional de Pesas y Medidas, lo que explica el camino recorrido en

compaa por ambas ciencias en Espaa, hasta no hace mucho aos.

Instrumentos topogrficos en la industria

Los instrumentos topogrficos susceptibles de utilizacin en la industria son: teodolitos,

niveles, taqumetros y su evolucin, los medidores dinmicos polares. Estos tres instrumentos

tienen dos caractersticas comunes, su aspecto ptico, que comparten con otros instrumentos

estrictamente metrolgicos, y el hecho de trabajar orientados a la gravedad. Este ltimo

aspecto en ocasiones puede ser un inconveniente, pues de hecho hay instrumentos que

permiten su funcionamiento en cualquier posicin. Sin embargo en muchas otras ocasiones

facilita la realizacin de los trabajos.

El aspecto ptico de estos instrumentos y su carcter angular los relaciona con los

autocolimadores, telescopios de alineamiento, etc. Por otro lado, la medida de distancias (reto

histrico en las tareas geodsicas) los liga con las reglas a trazos, interfermetros, etc.

En topografa obtener incertidumbres de medida inferiores al centmetro requiere

metodologas especficas, sin embargo en metrologa 0,1 mm suele ser una precisin

exageradamente alta. Las mayores contribuciones a dicha incertidumbre en trabajos

topogrficos convencionales son las asociadas al error que se comete al realizar la puntera

sobre el objeto y al error debido a situar el instrumento sobre un punto determinado. En

topografa industrial se minimiza el primer aspecto utilizando placas de puntera muy precisas

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adaptadas a las cortas distancias y se solventa el segundo drsticamente, no estacionando el

instrumento sobre un punto prefijado.

En topografa clsica de campo, son dos los trabajos tipo que pueden realizarse: el

levantamiento o llevarnos al papel (ordenador) el terreno y el replanteo o marcar en el terreno

los elementos de un proyecto del que se dispone en el ordenador. En topografa industrial ladeterminacin tridimensional de un objeto equivaldra al levantamiento y el montaje al

replanteo.

En cuanto a los accesorios, algunos tpicamente metrolgicos se adaptan a estos

instrumentos para permitir su uso industrial. Micrmetros de placas plano paralelas, oculares

de autocolimacin, pentaprismas, dianas, espejos, oculares acodados, espejos autonivelantes,

objetivos de autorreflexin, etc., permiten que estos instrumentos diseados para su utilizacin

en las ciencias geogrficas, se adapten a fines industriales.

Figura 1: Nivel ptico.

Niveles pticos

Un nivel ptico es un instrumento que materializa un eje ptico horizontal. En la industria se

utiliza para la nivelacin de elementos o para la determinacin de la diferencia de alturas.

Exigen el calado de un nivel de burbuja muy sensible (habitualmente niveles de "burbuja

partida"), salvo los automticos de uso topogrfico, que garantizan la horizontalidad tras el

calado de un nivel de burbuja esfrico poco preciso. Estos instrumentos trabajan por tanto

ligados a la gravedad.

Habitualmente disponen de micrmetros de placas plano paralelas que permiten leer a reglas

graduadas con resoluciones de 10 m.

Los niveles ms modernos sustituyen el ojo humano por cmaras CCD y las reglas graduadas

convencionales por otras de "cdigo de barras", de forma que se evala la altura interceptada

mediante una correlacin entre la imagen obtenida y un cdigo de referencia. Estos

instrumentos sacrifican precisin, pero permiten la automatizacin en la toma de datos. Sonampliamente utilizados en el control de deformaciones de las centrales nucleares.

Lgicamente tanto la horizontalidad del eje ptico del instrumento como la graduacin de las

reglas utilizadas deben ser convenientemente calibrados.

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Figura 2:Teodolito.

Teodolitos

Estos gonimetros estn tambin ligados a la gravedad por su propia definicin. Miden el

ngulo horizontal, definido por el punto principal del teodolito y dos puntos, y el ngulo vertical,

que forma una visual, medido desde la lnea de la plomada. Algunos teodolitos de uso

industrial permiten bloquear los sensores de gravedad para poder trabajar con cualquier

inclinacin.En diversas aplicaciones industriales van provistos de un ocular de autocolimacin,

utilizndose para la determinacin de planitud y rectitud, la alineacin de ejes de giro de

maquinaria, la calibracin de mesas giratorias o la medida de los ngulos formados por las

caras de un satlite.

La utilizacin de dos teodolitos convenientemente orientados constituye un mtodo alternativo

a las tradicionales mquinas de medicin por coordenadas.

La exactitud de este mtodo de interseccin ptica depende, adems del tipo de teodolito

utilizado, de la geometra de la medida, de la estabilidad del objeto a medir y de los teodolitos

y de las condiciones ambientales. Pueden alcanzarse precisiones del orden de 10-5 de ladimensin medida.

Las ventajas principales de este mtodo de no contacto de medida 3D es poder desplazar los

equipos a la sala donde se site la pieza a medir y permitir la medida de piezas de cualquier

dimensin. Sin embargo, por tratarse de un mtodo de una cierta complejidad con tiempos de

medicin largos, puede afectar a la estabilidad del sistema y por tanto a su exactitud.

Algunas aplicaciones del mtodo de interseccin espacial mediante teodolitos son el control

de robots, en la industria naval, espacial y de automocin, aunque ha dejado paso en muchas

de sus aplicaciones a los sistemas de seguimiento lser.

Taqumetros

Son teodolitos que disponen de dispositivos de medida de distancias, lo que permite su

utilizacin en la determinacin de objetos mediante el mtodo de polares. La principal

limitacin de su utilizacin es la precisin de su medidor de distancias asociado, cuya mejor

resolucin no supera la dcima de milmetro. Esto limita su utilizacin a la determinacin 3D

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de grandes objetos, donde algunas dcimas de milmetros de incertidumbre de medida no

supone un problema.

Para la medida de distancias utilizan reflectores tipo esquina de cubo (retrorreflector) o placas

adhesivas reflectantes.

Estos sistemas, al igual que el mtodo anterior, van asociados a software metrolgico, lo queles permite incrementar su versatilidad.

Una evolucin de este sistema, mejorando su exactitud en gran medida, son los sistemas de

seguimiento por lser. Los medidores dinmicos polares solucionan la falta de exactitud de los

taqumetros en la medida de distancias, incorporando un interfermetro lser. Como ste no

proporciona distancias absolutas, algunos sistemas incorporan adems medidores de

distancias similares a los de uso topogrfico, pero de resolucin metrolgica (1 m). Por otro

lado, mantienen el dinamismo y la versatilidad. Los laser trackers eliminan el aspecto ptico de

los instrumentos topogrficos incorporando un sistema de seguimiento del reflector.

Este sistema, va implantndose en la Industria poco a poco, aunque su alto precio impide una

utilizacin mayor.

Fotogrametra

Este procedimiento, ampliamente utilizado en topografa convencional aunque poco

implantado en la Industria, goza de ventajas apreciables. Es un mtodo de no contacto y

permite su utilizacin en ambientes agresivos o con vibraciones, que pudieran impedir el

funcionamiento de los sistemas anteriores. Utiliza, al igual que la medida mediante teodolitos,

el mtodo de interseccin espacial o triangulacin y tambin precisa del conocimiento de la

posicin relativa de las cmaras durante la toma.

La obtencin de las coordenadas 3D de un punto se obtienen mediante la interseccin de lasrectas definidas por las coordenadas del punto principal de cada cmara y de las

fotocoordenadas de la imagen del punto a determinar. La utilizacin de modernas cmaras

mtricas digitales facilita el proceso. La precisin de este mtodo puede alcanzar hasta 10

mm, dependiendo de la distancia del objeto a las cmaras y de la geometra de la

interseccin

Referencias

1. Santos Mora, Antonio. Aplicaciones industriales de la topografa, COITT. Madrid 1998.2. Fdez. Pareja, Teresa; Bisbal, Javier. Aseguramiento de la calidad en topografa.

Control metrolgico de instrumental topogrfico, Topcart 2000.

3. Prieto, Emilio; Bisbal, Javier. La calidad y la instrumentacin topogrfica, Congreso

Galego da Calidade (2001).

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