Medición Tridimensional de Precisión: Técnicas y Equipos Esenciales

Medición Tridimensional por Intersección Directa: Procedimiento Detallado

La medición tridimensional por intersección directa es una técnica precisa que requiere los siguientes instrumentos:

• Dos teodolitos
• Una barra calibrada
• Un ordenador

El procedimiento se desarrolla en las siguientes etapas:

1. Estacionamiento y Orientación: Se estacionan ambos teodolitos y se orientan mediante el método de colimación mutua (descrito en detalle más adelante). Esto asegura que ambos equipos estén referenciados entre sí.
2. Medición de Base y Altura: Se miden, de manera aproximada, la base (distancia entre los teodolitos) y la altura de los aparatos.
3. Observación a la Barra Calibrada: Se observa a dos puntos de un tramo de la barra calibrada, en círculo directo e inverso, situándola en varias posiciones. El objetivo es calcular las coordenadas precisas de los puntos observados en la barra.
4. Cálculo de la Base Real: Con las coordenadas obtenidas, se calcula la distancia real de la base utilizando la siguiente fórmula:
   B = B' * L / L'
   Donde:
   • B': Base aproximada.
   • L: Longitud calculada (real) de la barra.
   • L': Longitud aproximada de la barra.
5. Medición de la Pieza: Finalmente, con ambos teodolitos, se toman puntos de la pieza a medir. Estos datos se envían al ordenador, que calcula directamente las coordenadas y dimensiones de la pieza.

Sistemas de Coordenadas en Medición 3D

Se utilizan diferentes sistemas de coordenadas, dependiendo del contexto:

• Instrumental:
  • Origen: Punto principal del instrumento.
  • Eje x: Arbitrario (origen de lecturas horizontales o base en caso de observación por intersección directa).
  • Eje y: Perpendicular al eje x.
  • Eje z: Vertical, definido por el compensador del instrumento en la mayoría de los casos.
• Local: Red establecida en la zona de trabajo.
• Objeto: Definido por puntos del objeto. Puede coincidir con el sistema de diseño.

Métodos de Obtención de Coordenadas

• Método por Polares (ángulos y distancias): Se obtienen ángulos, orientaciones o direcciones con relación al sistema de referencia y las distancias a los puntos observados.
• Para obtener la orientación:
  1. Sistema de coordenadas instrumental: Origen en el punto principal del instrumento. Dirección de partida cero del círculo horizontal.
  2. Sistema de coordenadas local/objeto: Orientación por observación a puntos de coordenadas conocidas.

El problema de este método se presenta para el paso de una estación a otra, cuando no hay un sistema de referencia establecido. Por ello, conviene que en la zona de trabajo:

• Haya establecida una red de un sistema ajustado, para que cuando haya un cambio de estación se sepan los datos de una nueva estación (coordenadas y orientación).
• Tener algún método de comprobación.

• Método de Intersección Directa: El sistema se establece a partir de las coordenadas de los dos puntos que forman la base de la intersección. Se obtienen ángulos en campo, calculándose luego las distancias por métodos indirectos.

Determinación de la Planeidad con Teodolito y Espejo de Autocolimación

Este método permite verificar la planeidad de una superficie. El procedimiento es el siguiente:

1. Se coloca un espejo sobre un soporte de base conocida.
2. Se autocolima el teodolito con el espejo. Este punto se convierte en el origen del primer tramo.
3. Se desplaza el soporte una distancia igual a la longitud de su base, de modo que el punto final del tramo anterior sea el origen del nuevo tramo.
4. Se vuelve a colimar utilizando el movimiento vertical del teodolito. Se obtiene el desnivel entre el origen y el final de cada tramo.
5. Se repite el proceso, calculando los desniveles sucesivos a lo largo de la superficie.

Se van calculando desniveles con la distancia de intervalo y la altura vertical.

Autorreflexión: Medición del Ángulo de Inclinación del Espejo

El método de autorreflexión se utiliza para determinar el ángulo de inclinación del espejo con respecto al eje de colimación del telescopio. El procedimiento implica:

1. Iluminar el telescopio para que la imagen de una diana, reflejada en el espejo, sea visible a través del telescopio.
2. Medir la desviación entre los retículos del telescopio y el centro de la diana reflejada, utilizando los micrómetros.

Es importante tener en cuenta que, al enfocar el espejo a una distancia finita para ver la imagen reflejada, se introduce una pérdida de precisión.

La relación entre la desviación (r), el ángulo de inclinación (i) y la distancia entre el centro de la diana y el centro del retículo (x) se expresa mediante la siguiente fórmula:

Tg(2i) = x/r ; i = x / (2r)

Se deben medir x y r para calcular i.

Funcionamiento del Rastreador Láser

Un rastreador láser (laser tracker) es un instrumento que mide coordenadas de puntos en un sistema de coordenadas polares (ángulos y distancias). Sus componentes principales son:

• Cabezal de medida y orientación: Contiene prismas o espejos y motores para orientar el láser.
• Columna: Soporte del aparato y sensor de medida.
• Interferómetro: Ubicado en la columna, realiza la medición de distancia.
• Reflector: Elemento que se coloca sobre el punto a medir.
• Diodo: Determina la posición del reflector.

Funcionamiento:

1. El rastreador emite un rayo láser que se dirige, a través de los espejos, hacia el reflector.
2. El reflector devuelve el rayo láser, que se divide en dos partes: una se dirige al interferómetro para medir la distancia, y la otra al detector de posición.
3. El detector de posición analiza si el rayo incidente está centrado. Si no lo está, corrige la posición del cabezal.
4. El sistema realiza mediciones continuas (aproximadamente 500 veces por segundo), convirtiendo las coordenadas polares a coordenadas rectangulares.

Limitación: El rastreador láser no mide distancias absolutas, sino incrementos. Si se pierde la señal, se pierde la referencia. Para solucionar esto, se puede:

• Volver a medir puntos de coordenadas conocidas.
• Utilizar un distanciómetro de alta precisión.

Colimación Mutua: Orientación Precisa de Teodolitos

La colimación mutua es un método para orientar dos instrumentos (teodolitos) uno con respecto al otro. El procedimiento es el siguiente:

1. Visar con un teodolito (Estación 1) aproximadamente al centro del objetivo del otro teodolito (Estación 2).
2. Enfocar ambos teodolitos al infinito.
3. Iluminar el ocular de la Estación 2 y girar el mando de enfoque aproximadamente un cuarto de vuelta.
4. Desde la Estación 1, visar a la Estación 2, girando el mando de enfoque lentamente hasta ver el retículo de la Estación 2.
5. Con los tornillos de movimiento fino, desplazar la mitad de la distancia entre los dos retículos.
6. Iluminar la Estación 1 y visar desde la Estación 2 a la Estación 1.
7. Desplazar el retículo de la Estación 2 hasta hacer coincidir ambos retículos.
8. Volver a enfocar al centro del objetivo del teodolito contrario.

Precaución: Siempre que un equipo realice un movimiento, el otro equipo debe comprobar y, si es necesario, corregir la colimación.