¿Qué son los CMM ópticos?
Tradicionalmente, los sistemas de medición por coordenadas (CMM) son equipos grandes, fijos y que funcionan por contacto. Pero los CMM ópticos, como los escáneres 3D, han cambiado el panorama: permiten medir en 3D de forma rápida, sin contacto y con mucha más flexibilidad.
¿Qué es un CMM óptico?
Una máquina de medición óptica Zeiss O-Detect analizando un accesorio de uso médico. Foto cortesía de Carl Zeiss AG
Para empezar, conviene recordar qué es un CMM tradicional: máquinas que miden con precisión usando palpadores físicos. Funcionan con ejes lineales XYZ que registran la posición de las geometrías en un espacio 3D. Su gran punto fuerte es la alta precisión y la capacidad de detectar detalles complejos en las superficies.
El problema: suelen ser grandes, costosos y, en productos frágiles, incluso dañinos al medir por contacto.
Los CMM ópticos, en cambio, están diseñados para medir sin contacto. Utilizan cámaras, láser o luz estructurada para capturar la geometría de los objetos. Hay distintos tipos, pero todos tienen aplicaciones claras en metrología.
La evolución de la tecnología CMM
Los primeros CMM se manejaban de forma manual, con palpadores y relojes comparadores. En los años 60 llegaron los sensores analógicos y los ejes motorizados, lo que permitió el control por ordenador y la medición en 3D. Después, los sistemas digitales sustituyeron a los analógicos, mejorando aún más la precisión y la repetibilidad.
Punto clave
Los CMM tradicionales funcionan con palpadores físicos. Los CMM ópticos ofrecen una opción sin contacto, mucho más versátil.
Hoy en día, los CMM modernos combinan varios sensores (de contacto, ópticos o láser) y trabajan con software de metrología que automatiza gran parte del proceso. Además, la integración de IA, la computación en la nube y los gemelos digitales están llevando esta tecnología al terreno de la Industria 4.0.
Los CMM ópticos aportan velocidad y versatilidad, y se suman a este avance como una alternativa cada vez más extendida.
Una máquina de medición por coordenadas (CMM) multisensor, equipada con sondas de disparo por contacto y un escáner láser sin contacto. Foto cortesía de Hexagon AB
¿Cómo funcionan los CMM ópticos?
El flujo de trabajo depende del tipo de CMM. En los equipos de laboratorio, normalmente hay que colocar las piezas sobre una plataforma. Luego, cámaras de alta resolución, luz estructurada o sensores láser capturan la geometría sin tocar el objeto. En el caso de los dispositivos portátiles, el proceso es también sin contacto, pero el usuario puede mover el escáner libremente para mayor flexibilidad.
Una vez capturados los datos, se comparan con un modelo CAD o se miden distancias y ángulos para verificar tolerancias.
Cárter escaneado en 3D siendo inspeccionado en ZEISS Inspect Optical 3D
Aunque muchos CMM ópticos son grandes y estáticos, cada vez más usuarios optan por una alternativa más ágil: los escáneres 3D. Estos ofrecen más velocidad y movilidad, y se adaptan mejor a distintos tipos de piezas y entornos.
Tecnologías más comunes en CMM ópticos:
Sensores de visión/cámara: En estos sistemas, una cámara captura una pieza iluminada por una luz controlada. A continuación, los algoritmos de procesamiento de imágenes detectan características como bordes, agujeros y patrones. El principal inconveniente es que solo miden en 2D, a menos que se combinen con el enfoque Z (variación del enfoque).
Un sensor de visión HP C en funcionamiento. Fotos cortesía de Hexagon AB
Tiempo de vuelo o desfase: Las máquinas construidas a partir de estas tecnologías también utilizan láseres. Sin embargo, calculan la distancia de forma diferente: midiendo el tiempo que tardan los láseres en regresar o la diferencia de fase del láser. Suelen ser mejores a larga distancia y menos precisas a corta distancia. En general, permiten realizar mediciones directas sin necesidad de contacto.
Luz blanca/cromática: Este método se basa en la aberración cromática, que consiste en proyectar diferentes longitudes de onda de luz sobre un objeto desde distintas distancias. Se emite luz blanca a través de una lente cromática y cada longitud de onda que se enfoca es detectada por un espectrómetro. Gracias a esta tecnología, es posible calcular alturas exactas y lograr una alta resolución axial.
Triangulación láser: Básicamente, este método consiste en formar un triángulo entre una fuente láser, la superficie de la pieza y un detector. Una vez que el láser rebota en el objeto, se utiliza la triangulación para calcular la distancia entre el emisor y la superficie. Este método es ideal para capturar perfiles 3D y objetos con superficies rugosas.
Inspección de la carrocería de un automóvil con un sensor de triangulación láser. Foto cortesía de Carl Zeiss AG
Luz estructurada: Proyectar patrones como líneas y cuadrículas sobre una pieza y medir cómo se deforman debido a la geometría de la superficie es ideal para digitalizar y analizar grandes áreas, así como para capturar formas orgánicas. Esta tecnología se utiliza a menudo para el escaneo 3D, pero también se aplica en otros ámbitos.
Sensores confocales: Por último, algunas máquinas utilizan ópticas confocales. Estas enfocan la luz en un punto minúsculo y miden la intensidad de los haces reflejados para identificar un plano focal específico. De esta manera, solo se capturan los reflejos más nítidos, lo que permite una resolución a escala nanométrica.
Diferentes tipos de CMM ópticos
CMM táctiles: Son los de toda la vida, basados en palpadores físicos. Se usan cuando la tolerancia al error es mínima. Aquí entran los modelos de puente, en voladizo o de pórtico.
CMM ópticos híbridos: Combinan palpado y visión. Pueden ser sistemas de vídeo, microscopía confocal o interferómetros de luz blanca. Aunque siguen siendo equipos estáticos, suman versatilidad.
Un ingeniero de la Universidad de Wisconsin-Madison utilizando un Zygo New View 9000, un interferómetro de luz blanca y desplazamiento de fase. Foto cortesía de los Centros de Tecnología a Nanoescala de Wisconsin
Escáneres 3D: También considerados CMM ópticos, capturan geometría mediante láser o luz estructurada. Pueden ir montados en trípodes, brazos robóticos o usarse a mano, lo que da mucha libertad en el trabajo.
Escáneres 3D CMM ópticos de Artec
Artec Micro II
Los escáneres de Artec 3D ya ofrecen una precisión tan alta que pueden considerarse auténticos CMM ópticos. El Artec Micro II, por ejemplo, digitaliza objetos pequeños (del tamaño de la palma de la mano) con hasta 5 micras de precisión y 2 micras de repetibilidad.
Con su integración en Autopilot dentro de Artec Studio, todo el proceso puede ser automático. Solo hay que colocar la pieza, iniciar el escaneo y el sistema hace el resto: el Micro II rota el objeto en sus ejes, lo captura y genera la malla 3D, lista para análisis e inspección.
Artec Metrology Kit
Para quienes buscan una solución metrológica completa, está el Metrology Kit. Este sistema óptico de coordenadas alcanza una precisión de 2 micras, ideal para control de calidad, ingeniería inversa o inspección de grandes piezas.
Con certificación DAkkS y seis grados de libertad, es una herramienta fiable para casos en los que la exactitud es crítica, como en turbinas, componentes aeroespaciales o automoción.
Artec Point
Artec Point, el primer escáner láser de Artec es un CMM portátil que combina estabilidad de seguimiento con agilidad y precisión. Probado bajo estándares VDI/VDE en laboratorios acreditados ISO, cumple los requisitos de captura industrial.
Puede medir geometrías complejas con 20 micras de precisión y resolución, gracias a su diseño en ángulo y cámaras HD que permiten escanear zonas difíciles como agujeros profundos. Tiene tres modos de escaneo para adaptarse a diferentes superficies: rejilla para piezas grandes, láseres paralelos para detalles finos y láser único para cavidades estrechas.
Una pieza de automóvil sometida a escaneo 3D con Artec Point.
A diferencia de otros escáneres 3D de Artec, Artec Point sí requiere marcadores. No obstante, los fabricantes del sector industrial que buscan dispositivos portátiles con precisión metrológica aprecian mucho las soluciones que destacan por su alta precisión y portabilidad, y Point cumple con muchos de estos aspectos.
Artec Leo
Para escaneo sin cables, Artec Leo es el referente. Este CMM portátil es completamente inalámbrico, alcanza hasta 35 millones de puntos por segundo y lleva una pantalla integrada para controlar el proceso en tiempo real.
Su precisión de 0,1 mm es suficiente para la mayoría de aplicaciones, como reparaciones en oleoductos, personalización de maquinaria o inspecciones rápidas en campo. También se puede usar Ray II para capturar instalaciones o infraestructuras, y Leo se encarga de capturar la maquinaria y los detalles más pequeños, que es donde realmente destaca.
Tuberías en una refinería de petróleo capturadas con Artec Leo. Foto cortesía de Team, Inc.
Punto Clave
Totalmente inalámbrico, con pantalla integrada y funcionamiento sin marcadores, Artec Leo es un CMM portátil único.
Artec Ray II
Aunque suele verse el LiDAR como una tecnología de mapeo, Artec Ray II lo lleva al terreno de la metrología a gran escala. Escanea desde 130 metros con gran precisión, lo que lo hace ideal para fábricas, puentes, infraestructuras o gemelos digitales completos.
Su alcance le abre aplicaciones que van más allá de un CMM convencional: desde arqueología y patrimonio hasta reconstrucciones forenses o grandes instalaciones industriales.
Punto clave:
Los escáneres 3D están disponibles para todo tipo de aplicaciones, por lo que puedes elegir una solución de metrología que se adapte a las necesidades específicas de tu empresa.
Características clave
Precisión y exactitud: Es posible que las MMC ópticas no alcancen los niveles máximos de precisión de las alternativas táctiles. Sin embargo, pueden capturar con una precisión inferior al milímetro, lo que es más que suficiente para la mayoría de las aplicaciones de medición 3D.
En metrología, la alta precisión significa, en la práctica, poder medir con una alta repetibilidad. Por ello, la precisión es fundamental para obtener resultados fiables en la fabricación, donde las desviaciones pueden provocar fallos en los productos. Las MMC ópticas como Micro II ofrecen una repetibilidad excepcional, por lo que los usuarios saben que pueden medir cumpliendo con especificaciones y normas estrictas.
El escáner 3D Micro II, compacto y con una precisión de 0,005 mm, es una excelente alternativa a las máquinas de medición por coordenadas ópticas tradicionales cuando necesitas inspeccionar piezas pequeñas.
Velocidad de captura: En comparación con la medición por sonda, los CMM ópticos suelen ser mucho más rápidos. Por ejemplo, el Artec Leo, basado en luz estructurada, puede digitalizar objetos pequeños en cuestión de minutos. Dependerá siempre de la tecnología empleada, pero en general, los sistemas sin contacto (ya sean ópticos o láser) ofrecen resultados mucho más ágiles que los métodos táctiles tradicionales.
Versatilidad: Mientras que los CMM clásicos deben estar fijados para evitar vibraciones externas y se limitan a capturas en laboratorio, los CMM ópticos portátiles pueden montarse en brazos robóticos o usarse de forma independiente. Esto abre un abanico de posibilidades: las empresas pueden medir piezas de forma flexible, en el momento y lugar donde lo necesiten.
Procesamiento de datos: Los CMM de sonda convierten los puntos capturados en sistemas de coordenadas para reconstruir formas geométricas. Los CMM ópticos, como los escáneres 3D, generan nubes de puntos que se transforman en mallas. Aunque el software de CMM táctiles suele estar más enfocado a GD&T, programas como Geomagic Control X o Zeiss Inspect Optical 3D están cerrando esa brecha rápidamente.
Integración: Los CMM ópticos, especialmente los portátiles, son menos restrictivos que los tradicionales. Pueden integrarse con brazos robóticos y enviar los datos a software de análisis de terceros, facilitando flujos de trabajo flexibles y conectados.
Punto clave:
Los datos de escaneo 3D capturados se pueden analizar en programas habituales como Geomagic Control X, Zeiss Inspect Optical 3D y PolyWorks.
Aplicaciones
Fabricación y control de calidad
Los CMM ópticos pueden integrarse directamente en el flujo de producción para medir piezas en lotes, o utilizarse en la línea para inspecciones rápidas entre procesos. Esta tecnología también es ideal para verificar que las piezas provenientes de proveedores cumplan con los estándares requeridos. Un buen ejemplo es Ausco Products: este fabricante de frenos todoterreno inspecciona piezas externas con escaneo 3D de Artec. Además de las pruebas de tolerancia, la tecnología les permite comprobar si los frenos encajan en espacios reducidos, como los alojamientos de las ruedas, lo que acelera la personalización del producto.
Inspección de un molde de pistón con mapeo de distancias en Artec Studio. Imagen cortesía de Ausco Products Inc.
En general, los CMM ópticos pueden aplicarse en todo el flujo de fabricación: desde la inspección inicial de piezas, pasando por el análisis en proceso y el control de calidad, hasta la ingeniería inversa para iteraciones de diseño.
Aeroespacial
En el sector aeroespacial, los CMM ópticos son esenciales para garantizar precisión, seguridad y el cumplimiento de estrictos estándares. Esto aplica en diferentes áreas de fabricación, como la producción de turbinas, el ensamblaje del fuselaje o las tareas de mantenimiento, reparación y reacondicionamiento de aeronaves. Aun así, y a pesar de las altas exigencias de la industria, los requerimientos de precisión no son tan extremos como podría pensarse.
En muchos casos, la captura de datos con precisión submilimétrica es suficiente para inspeccionar componentes aeroespaciales, especialmente cuando no son críticos para el vuelo. Un ejemplo claro lo mostró el socio certificado Gold de Artec, 3DMakerWorld, que utilizó Artec Leo para realizar ingeniería inversa de la aeronave ligera Sadler Vampire. Con ello, ayudaron a su cliente a proteger el futuro de su avión al crear una biblioteca digital de repuestos.
Automoción
Al igual que en la aeroespacial, las aplicaciones de los CMM ópticos en automoción son muy variadas. Un fabricante puede inspeccionar estructuras soldadas antes de la pintura, otro medir los acabados interiores, y otros comprobar componentes como motor o suspensión para asegurar que cumplen con los estándares.
Estas aplicaciones no se limitan solo a la fabricación: también se extienden a la personalización de vehículos, desde la instalación de alerones o tomas de aire, hasta mejoras de rendimiento. En Estados Unidos, BD Engineering ha llevado este principio al extremo al crear modificaciones personalizadas para Toyota Supra de drifting, combinando un alto nivel de precisión con el escáner Artec Leo.
El Toyota Supra con ingeniería inversa de BD Engineering y las modificaciones previstas. Imagen cortesía de BD Engineering
Fabricación de dispositivos médicos
En la producción de dispositivos médicos, los CMM ópticos se utilizan con frecuencia para medir implantes de rodilla, cadera y columna, evaluando la rugosidad de la superficie y la integración ósea. También se aplican en el control de calidad de instrumentos quirúrgicos de uso cotidiano como bisturíes, pinzas o catéteres.
La falta de equipos médicos de alta calidad se convirtió en un gran problema durante los primeros meses de la pandemia de COVID-19. Para afrontarlo, las tecnologías 3D se desplegaron en todo el mundo como CMM portátiles bajo demanda y herramientas de fabricación rápida. En Assistance Publique – Hôpitaux de Paris, por ejemplo, se utilizó el escáner Artec Space Spider para inspeccionar suministros médicos de emergencia, como tubos y mascarillas de protección, ayudando a mantener seguros a los profesionales de la salud en momentos críticos.
Punto clave:
Los CMM ópticos no solo sirven para la inspección, sino que también abren nuevas oportunidades para la digitalización del inventario y la personalización.
Investigación y desarrollo
Los CMM ópticos se utilizan principalmente en I+D para verificar la precisión dimensional de los diseños en etapas tempranas. Escanear en 3D y comparar prototipos con datos CAD es rápido y sencillo, además de ser un método sin contacto, lo que lo convierte en una forma de prueba no destructiva. También resulta útil para la validación de diseño, el análisis de tolerancias y, en fases aún más iniciales, la visualización de conceptos.
Más allá de la inspección de productos, la reconocida marca de calzado ASICS utiliza el escaneo 3D de Artec junto con fotogrametría para crear materiales de marketing realistas y atractivos. Los modelos de zapatillas capturados con gran fidelidad no solo ayudan a la marca a mantener el control de calidad, sino también a transmitir el mensaje detrás de sus productos y aumentar su atractivo entre los clientes.
Modelo 3D ultrarrealista de una zapatilla deportiva creado con herramientas de escaneo y fotogrametría 3D de Artec. Foto cortesía de ASICS Corporation.
Cómo empezar con los CMM ópticos
Entonces, ¿qué debes tener en cuenta al elegir un CMM óptico? Como vimos antes, la mayoría de estos sistemas funcionan con tecnología de captura óptica, ya sea luz estructurada, láser o conjuntos de cámaras. Además, suelen requerir una unidad de control o software especializado para procesar los datos y, en algunos casos, herramientas de calibración como referencias o marcadores.
A la hora de escoger el CMM óptico adecuado para tu caso, hay varios factores importantes:
- Tamaño del objeto: si la pieza es grande, un CMM estático no tendrá la capacidad ni la velocidad para medirla eficientemente.
- Precisión y resolución: fundamentales desde el inicio. Si trabajas con tolerancias submilimétricas, necesitas un sistema que pueda cumplir esos requisitos.
- Entorno de trabajo: incluso el lugar puede influir; por ejemplo, un espacio con mucho ruido o vibraciones puede afectar los resultados.
- Geometría: es un aspecto clave. Hay tecnologías más adecuadas que otras para capturar formas complejas o con orificios.
Con esto ya tienes una idea general de qué considerar al elegir un CMM óptico. Para más información sobre el escaneo 3D aplicado a la metrología y los escáneres Artec como herramientas de captura de datos, visita nuestro Centro de formación. Si prefieres asesoría personalizada, puedes escribirnos a sales@artec3d.com.
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