Fabricación CAD en visión por ordenador

Todo producto fabricado comienza con un plano digital, normalmente un modelo de diseño asistido por ordenador (CAD) creado con un software de fabricación. Este plano 3D o modelo 3D define cada superficie, orificio y dimensión de un producto. 

Los ingenieros lo utilizan para diseñar, probar y preparar piezas para la producción. Pero a veces surgen problemas entre el modelo CAD y el producto acabado.

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Por ejemplo, las piezas pueden desalinearse, pueden pasarse por alto características y pueden producirse incoherencias durante la producción. Estos problemas suponen costes añadidos y pueden llevar mucho tiempo. Por eso los fabricantes combinan la fabricación CAD con la visión por ordenador, una rama de la inteligencia artificial (IA) que permite a las máquinas interpretar y analizar datos visuales. 

Mientras que el CAD proporciona un plano preciso al capturar la estructura exacta de cada pieza, la visión por ordenador añade una capa visual de inteligencia. Utiliza datos de cámaras y sensores para inspeccionar, validar y realizar un seguimiento de las piezas durante el desarrollo del producto. 

Juntos, los sistemas CAD y de visión por ordenador pueden agilizar los flujos de trabajo críticos y apoyar la fabricación inteligente como parte del cambio hacia la Industria 4.0. La Industria 4.0 integra tecnologías digitales avanzadas, como la IA y la automatización, en la fabricación para crear sistemas más fiables y eficientes. 

En este artículo exploraremos cómo el CAD y la visión por ordenador pueden reducir la distancia entre el diseño y la ejecución. Pongámonos manos a la obra.

El papel del CAD en la fabricación moderna

Cuando un producto se crea mediante un proceso de fabricación inteligente, comienza con un plano digital construido en CAD. Los ingenieros utilizan el CAD para definir cada detalle y garantizar que el diseño esté optimizado para una producción eficiente. Desde la fabricación aditiva hasta el montaje final, todos los procesos posteriores dependen de la precisión de los datos CAD. 

Una vez creados los modelos CAD, se pasan al software de fabricación asistida por ordenador (CAM). Las soluciones CAM traducen el diseño digital en instrucciones para la producción generando trayectorias de herramientas, que definen los movimientos exactos de las herramientas de corte, y código G, el lenguaje de programación que utilizan las máquinas para ejecutar esos movimientos. Estas instrucciones se envían a las máquinas de control numérico por ordenador (CNC) y otras herramientas automatizadas, que cortan, taladran y dan forma a las materias primas para crear piezas que se ajusten al diseño CAD original.

Los modelos CAD también pueden utilizarse para realizar simulaciones, probar distintas operaciones de mecanizado y apoyar el control de calidad de los operarios en el taller. Y lo que es más interesante, los datos de diseño CAD pueden incluso enviarse directamente a configuraciones de impresión 3D para la creación rápida de prototipos o la fabricación de series cortas. 

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Introducción de la visión por ordenador en los flujos de trabajo CAD

El CAD es la base del diseño. Pero para convertir ese diseño en un producto físico preciso, los fabricantes necesitan información en tiempo real de la fábrica. Aquí es donde la visión por ordenador desempeña un papel fundamental.

Los modelos de visión artificial como Ultralytics YOLO11 admiten tareas de visión esenciales, como la detección de objetos, que identifica y localiza elementos dentro de una imagen, y la segmentación de instancias, que separa objetos individuales etiquetando cada píxel. Estas funciones ayudan a los fabricantes a supervisar la producción, detectar defectos y garantizar la calidad en todo el proceso.

A continuación, veamos cómo funciona en las distintas fases de fabricación. 

De lo físico a lo digital: Escaneado a CAD e ingeniería inversa

Crear un modelo CAD desde cero lleva tiempo. Es especialmente lento cuando se trabaja con sistemas heredados o componentes personalizados que no tienen diseños digitales preexistentes. Técnicas como el escaneado a CAD pueden acelerar el proceso de conversión de objetos físicos en modelos CAD digitales. 

Los dispositivos de escaneado 3D pueden utilizarse con visión por ordenador para capturar la forma, las características y las dimensiones de un componente. A continuación, un sistema de escaneado a CAD puede identificar superficies, orificios y bordes y convertirlos automáticamente en geometría CAD. 

Esto acelera las iteraciones de diseño, permite la creación de modelos imprimibles en 3D y ofrece a los maquinistas opciones CAM flexibles para la creación de prototipos. El escaneado a CAD tiene una repercusión especial en la ingeniería inversa, donde las piezas físicas existentes deben digitalizarse para su rediseño o reproducción.

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Fusión de lo digital y lo físico: RA y visión en el montaje

En la planta de fabricación, incluso los pequeños errores de montaje pueden convertirse en graves problemas de calidad, especialmente en industrias como la del automóvil. Para resolver estos problemas, los fabricantes están utilizando la realidad aumentada (RA) y la visión por ordenador para guiar el montaje. La RA superpone información digital a la vista del mundo real, lo que ayuda a los trabajadores a seguir instrucciones precisas sin tener que cambiar a pantallas o manuales independientes.

Los sistemas de visión por ordenador pueden seguir la posición y orientación de cada componente en tiempo real. Si falta una pieza o está desalineada, el sistema señala el problema y superpone una guía correctiva en el casco de realidad aumentada del técnico. Esto permite a los equipos detectar errores inmediatamente y mantener una calidad constante en el taller.

Por ejemplo, en el montaje de automóviles, la RA puede proyectar un diseño basado en CAD de la puerta de un coche en el marco físico, mostrando exactamente dónde debe colocarse cada tornillo, manilla y componente. Esto garantiza que cada pieza se instala en la posición y secuencia correctas.

Cerrar el círculo: Garantía de calidad basada en CAD

Una vez fabricado un producto, el siguiente paso es asegurarse de que se corresponde con el diseño CAD original. Las soluciones de visión artificial pueden automatizar este proceso de inspección comparando el producto fabricado con sus diseños CAD.

Los sistemas de visión utilizan técnicas como la detección de objetos, la segmentación y la estimación de la postura para evaluar la forma, el tamaño, la colocación y la calidad de la superficie. Estas comprobaciones pueden realizarse durante la producción como parte del control de calidad, lo que permite a los equipos detectar problemas sin detener la línea.

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En concreto, los modelos de visión por ordenador como YOLO11 lo hacen posible al detectar en tiempo real las características que faltan o los defectos superficiales. Cuando se integran con CAD, los controles de calidad basados en la visión pueden comparar los productos acabados con las especificaciones de diseño, detectando errores antes del embalaje o el envío.

Aplicaciones de la visión por ordenador en la fabricación asistida por CAD

Ahora que conocemos mejor los flujos de trabajo de CAD y la fabricación basada en CAD mediante visión por ordenador, veamos más de cerca algunas aplicaciones del mundo real.

Inspección de calidad automatizada en automoción y aeronáutica

En la fabricación de coches y aviones, la colocación de cada pieza, incluidas tuercas, tornillos, remaches, etc., debe ser precisa. Hacerlo manualmente tiene muchas limitaciones, como errores y retrasos provocados por el hombre. 

Por ejemplo, un solo remache mal alineado en el fuselaje de un avión puede poner en peligro la integridad estructural, mientras que en la fabricación de automóviles, un sensor o un soporte mal instalados pueden provocar fallos en el sistema o retiradas del mercado.

Una gran solución es automatizar las inspecciones de calidad mediante Vision AI. Estos sistemas utilizan cámaras, sensores e IA para detectar defectos, medir piezas y volver a comprobar su correcta colocación, lo que agiliza la producción y la hace más precisa y segura.

Robótica guiada por visión para un acabado de precisión

Del mismo modo, tareas como el esmerilado, el pulido o el recorte requieren una gran precisión. La realización manual de estas tareas puede dar lugar en ocasiones a defectos cuya reparación posterior puede resultar costosa. 

El uso de robots guiados por visión puede reducir la posibilidad de que se produzcan estos defectos. Estos robots utilizan visión 3D para escanear la pieza y compararla con su modelo CAD. A continuación, realiza operaciones de acabado con precisión basándose en los resultados de la comparación. 

Por ejemplo, si una pieza de fundición tiene material sobrante, el robot sabe exactamente dónde está y cuánto debe recortar basándose en el diseño CAD de la pieza. Estas configuraciones suelen depender de una programación CAM precisa, en la que programadores expertos optimizan los procesos de mecanizado y los movimientos del robot basándose en los datos CAD.

Combinando los flujos de trabajo CAD CAM con Vision AI, los fabricantes pueden mantener de forma constante una mayor calidad incluso en las piezas más complejas. Estos flujos de trabajo no solo mejoran la calidad, sino que también hacen que la producción en masa sea más fiable.

Verificación del montaje aeroespacial basada en la RA

Corregir errores de montaje en el sector aeroespacial es costoso y lleva mucho tiempo Para evitarlos, muchas empresas aeroespaciales están adoptando sistemas de realidad aumentada integrados con visión por ordenador y modelos CAD. 

Por ejemplo, Northrop Grumman, líder mundial en tecnología aeroespacial y de defensa, utiliza cascos de realidad aumentada para ayudar a ensamblar sistemas complejos como los satélites. Aprovechan el software CAD/CAM para crear modelos digitales a escala real, que luego se proyectan sobre la nave espacial física durante la construcción. Los componentes y las instrucciones aparecen exactamente donde se necesitan, y las superposiciones permanecen alineadas mientras los técnicos se mueven. Esta orientación en tiempo real acelera el montaje y reduce considerablemente las costosas repeticiones.

Ventajas de integrar la visión por ordenador con el CAD

Estas son algunas de las ventajas de integrar Vision AI con los flujos de trabajo CAD: 

• Más rápido diseño del producto: Con la visión por ordenador, los fabricantes pueden digitalizar componentes rápidamente. Estos sistemas utilizan el reconocimiento automático y el escaneado 3D para sustituir el modelado manual, optimizando y acelerando la creación de modelos CAD.

• Mayor precisión en la fabricación: Los sistemas de visión por ordenador detectan en tiempo real problemas como desalineaciones, defectos superficiales o características ausentes, lo que mejora la detección de defectos y la precisión general.

• Mejora de la productividad y la formación: Los sistemas Vision AI impulsados por el aprendizaje profundo proporcionan orientación en tiempo real utilizando superposiciones CAD y herramientas AR. Esto acorta el tiempo de formación de los nuevos operarios.

Retos y consideraciones

A pesar de las ventajas de la visión por ordenador en la fabricación CAD-CAM, hay que tener en cuenta algunos retos de implementación. He aquí algunos factores clave a tener en cuenta: 

• Complejidad de los datos y los modelos: Los sistemas de visión por ordenador dependen de grandes volúmenes de datos de alta calidad. Sin datos limpios, el rendimiento puede bajar.

• Escalabilidad y coste: Las herramientas avanzadas de visión por ordenador, los escáneres 3D y los dispositivos de borde suelen ser caros. Su ampliación a varias líneas o centros puede requerir una inversión inicial.

• Integración con sistemas heredados: Integrar la visión por ordenador y el CAD con sistemas de fabricación antiguos puede resultar complicado y, a menudo, caro.

Principales conclusiones 

La visión por ordenador está redefiniendo el papel del CAD en la fabricación, permitiendo inspecciones más inteligentes y ciclos de diseño a producción sin fisuras. Lo que antes requería horas de comprobaciones manuales ahora se realiza en tiempo real, lo que reduce los errores y ofrece a los equipos un mayor control. La industria manufacturera está cambiando hacia operaciones basadas en datos y en el diseño, y Vision AI se está convirtiendo en un componente esencial de los sistemas CAD/CAM modernos. 

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