Rhopoint desarrolla su propia tecnología para medir la apariencia en los exteriores de vehículos

En los últimos años, se ha desarrollado una variedad de colores de pintura avanzados que presentan los siguientes retos de evaluación de calidad:

• Los instrumentos de medición convencionales requieren un conocimiento experto para juzgar el resultado, y es necesaria una mejora a nivel de correlación visual.
• Y aún más, para mejorar el defecto de piel de naranja, es importante mejorar la superficie desde el propio material base. Esto significa que es necesario controlar cada proceso y cada material, desde la ‘chapa de acero’ hasta el ‘revestimiento por electrodeposición’ y el ‘barnizado final’.

Para responder a las necesidades del mercado de resolver estos problemas, Rhopoint ha desarrollado su particular tecnología propia, TAMS (figura 1), un dispositivo portátil de proyección de patrones de imagen que incorpora una base de datos de valoración visual. El algoritmo especial implementado es el resultado de 6 años de desarrollo conjunto con Volkswagen y Audi, y Konica Minolta lo distribuye como distribuidor exclusivo desde 2018. Este documento describe el sistema de proyección de patrones y el fundamento de los algoritmos en la tecnología empleada, así como presenta la modalidad para la evaluación de la rugosidad de la superficie también implementada.

TAMS es un dispositivo para cuantificar la piel de naranja a partir de la reflexión de imagen [2] y consta de los siguientes componentes.

1. Un sistema de medición que mantiene una distancia constante entre la superficie del recubrimiento, la iluminación y el sensor.
2. Una pantalla LCD que proyecta múltiples patrones de imagen, como rayas blancas y negras, sobre la superficie en análisis.
3. Un sensor 2D con una función de ajuste automático de enfoque que captura las imágenes reflejadas de los patrones proyectados, tal como se reproducen en la superficie en análisis.
4. Una base de datos de modelización de los conocimientos de evaluación de la calidad de Volkswagen en superficies pintadas con piel de naranja.
5. Una unidad de procesamiento de datos para interpretar la calidad de apariencia mediante parámetros entendibles, como la nitidez.
6. Y un algoritmo que aporta un resultado según la aplicación de los conocimientos en evaluación de la calidad de Volkswagen, al cotejar los parámetros obtenidos con la base de datos de modelización.

Durante la inspección visual avanzada de pinturas, se suele evaluar la distorsión de la imagen reflejada en la superficie de la pintura. Esta imagen reflejada es una imagen virtual, y solo se observan ciertos puntos específicos. Para lograr una alta correlación con la inspección visual, es necesario imitar la forma en la que el ojo humano observa la superficie de forma global. TAMS realiza la evaluación de la imagen reflejada mediante una pantalla LCD y un sensor 2D.

Tradicionalmente, se han utilizado los dos métodos siguientes para evaluar la claridad de imagen de las superficies pintadas en la fase final del proceso de pintado.

• Inspección visual: se proyecta una luz fluorescente sobre la superficie pintada para determinar si la ondulación de la imagen es aceptable o no.
• Instrumento portátil de medición: se irradia un haz láser sobre la superficie pintada para medir los ‘desniveles’ de la superficie y se obtienen resultados de medición de la superficie desglosados en múltiples bandas de frecuencia.

Estos métodos de evaluación presentan los siguientes problemas.

• Inspección visual: el equipo tiende a ser grande y costoso, en correspondencia con el tamaño del objeto en medición.
• Instrumento portátil de medición: el instrumento analiza exclusivamente la superficie en medición, mientras que el ojo humano en realidad presta atención a las imágenes reflejadas durante la observación. Esto conduce a diferencias respecto a la inspección visual. Además, la interpretación de los resultados de la medición debe ser realizada por especialistas.

Rhopoint utiliza un sensor 2D y una pantalla LCD dentro del instrumento de medición siguiendo un método de proyección de patrones, que permite evaluar las imágenes reflejadas, todo ello en un instrumento portátil TAMS. Su alta definición también permite analizar áreas pequeñas sin necesidad de escanearlas. Además, el sistema puede cuantificar automáticamente las condiciones de la superficie a partir del análisis de las proyecciones y, utilizando la base de datos con la experiencia en evaluación visual de Volkswagen, proporcionar un índice general de calidad (Q) que simplifica el resultado de la evaluación (figura 2). Como ampliación futura, tiene un potencial de desempeño similar a la norma DIN6175-2 y Audi2000 mediante la determinación de valores umbral.

Acerca de cada índice

Para cuantificar las condiciones de la superficie, el TAMS proporciona cuatro sub-características, Contraste, Nitidez, Ondulación y Dimensión, y un único índice general, Calidad (Q), para cuantificar la calidad del revestimiento. El contraste, la nitidez y la ondulación se centran en la imagen reflejada y representan el contraste, la nitidez y la amplitud de ondulación de la imagen, respectivamente. El índice general Calidad (Q) es un valor calculado a partir de estos tres parámetros.

La dimensión, por su parte, se centra en la superficie pintada y representa la longitud de onda dominante de ondulación de la superficie. El ojo humano no sólo detecta la cantidad total de ondulaciones en la imagen reflejada, sino también la longitud de onda dominante más característica. Si la longitud de onda dominante cambia, percibimos una impresión diferente, aunque la presencia de ondulaciones sea equiparable. Esta diferencia en la longitud de onda dominante se debe principalmente al tamaño de las ondulaciones de la superficie. Para detectarlo, TAMS mide no sólo la imagen reflejada, sino también la topografía de la superficie.

Los parámetros individuales se cuantifican mediante las cuatro técnicas siguientes.

1. La definición de Contraste de Michelson cuantifica el Contraste (C) (figura 3) de la imagen reflejada a partir de la intensidad reflejada de franjas blancas y negras.

2. La función de transferencia óptica (Nitidez) proyecta múltiples franjas negras y blancas con diferentes frecuencias y cuantifica la nitidez (figura 4) de la imagen reflejada.

3. El análisis de deformación de líneas (Ondulación) proyecta múltiples líneas horizontales finas y cuantifica la piel de naranja (ondulación, figura 5) a partir de la cantidad de deformación de las líneas reflejadas.

4. El método de desplazamiento de fase (Dimensión) mide la topografía 3D de la superficie para calcular la longitud de ondulación dominante en la superficie (figura 6) proyectando múltiples patrones sinusoidales en blanco y negro con diferentes fases.

Al aplicar la base de datos de evaluación visual de Volkswagen a los resultados de las mediciones anteriores, el algoritmo calcula (figura 7) un único índice general, la calidad (Q), que cuantifica la calidad del acabado. La calidad se expresa entre 0 y 100, y un valor de 100 significa un acabado liso con una claridad de imagen perfecta.

Resultado de la evaluación (Medición de la piel de naranja)

Disponiendo de cuatro paneles de calidad a nivel de comercialización de automóviles (figura 8), se evalúan visualmente y mediante TAMS.

Si bien los resultados visuales de la calidad de la superficie de estos paneles pintados fueron A, B, C y D, en orden de mayor a menor calidad, fue difícil expresar dicha clasificación visual en término de valores utilizando instrumentos de medición convencionales (tabla 1). A diferencia de estos resultados ambiguos, las mediciones de TAMS (tabla 2) fueron capaces de detectar claras diferencias de calidad, que se corresponden con la evaluación visual.

Principio de medición

Entre las cualidades de la apariencia del automóvil para las que se requiere una alta calidad, la claridad de imagen se puede evaluar analizando el nivel de piel de naranja, un tipo de defecto del pintado. Los fabricantes de automóviles se esfuerzan por mejorar la calidad del acabado final, no sólo del proceso de pintado, sino también de los procesos de secado y pulido posteriores al de pintado. Para disminuir aún más el defecto de piel de naranja, es importante mejorar la calidad de la superficie empezando por el propio material base de metal. Sin embargo, dado que la chapa de acero utilizada como material base tiene poco brillo, la imagen reflejada no aparece en la superficie y no puede medirse mediante el método convencional de medición de piel de naranja. TAMS ha hecho posible la medición de la rugosidad de la superficie utilizando el método de la deflectometría de medición de fase, de forma que se pueden evaluar las condiciones de la superficie incluso en superficies con baja reflectancia (mínimo 1GU).

Midiendo el perfil tridimensional de la superficie mediante la deflectometría de medición de fase y calculando una curva de rugosidad a partir de dicha información, puede calcularse la rugosidad superficial (Sa) y la rugosidad lineal (Ra) en conformidad con normativas ISO. La curva de rugosidad se forma mediante la superposición de múltiples componentes de frecuencia en una onda, y se requiere un procesamiento de filtro de paso de banda (BPF, ISO 166103)) para extraer sólo los componentes de frecuencia que se pretende evaluar. La rugosidad lineal está normalizada por la ISO 4288 [4] y la rugosidad superficial por la ISO 25178 [5]. La medición de la rugosidad superficial de TAMS (figura 9) está desarrollada en conformidad con estas normativas. 

Resultado de la evaluación (Medición de la rugosidad superficial)

Se ha dispuesto de paneles del mismo material con diferentes rugosidades superficiales (5A: mayor rugosidad, 4A: rugosidad media, 1A: menor rugosidad). El valor medido Sa es el promedio de diferencia de las irregularidades en cada superficie medida, y es un índice de las irregularidades con mayor amplitud. Los resultados de medición de estos paneles muestran que la rugosidad se puede detectar tal y como se esperaba (figura 10).

Estos resultados de medición presentan una excelente correlación con los de un rugosímetro típico. Como se muestra en la figura 11, al representar en el eje horizontal los valores de medición del TAMS y en el eje vertical la medición con un interferómetro de luz blanca (Wyko), se confirma una alta correlación cercana a R2=0,9 para ambos parámetros Sa y Ra.

Hasta ahora, los métodos de evaluación diferían entre la calidad del recubrimiento de acabado final y los procesos anteriores, debido a las diferentes características de cada superficie. TAMS permite controlar la calidad de cada proceso con un único dispositivo mediante la medición de la piel de naranja y la rugosidad de la superficie.

Los automóviles ofrecen una serie de valores, como el precio y la adecuación medioambiental. Entre estos valores, la calidad de apariencia puede diferenciarlos fácilmente de sus competidores, y los fabricantes están ideando muchas formas de satisfacer los requisitos de los clientes. En particular, a menudo se recurre a la inspección visual por parte de especialistas (trabajadores muy cualificados) para comprobar la claridad de imagen, que es un elemento de diseño avanzado, pero los costes que esto requiere son grandes, por lo que se necesita una forma de evaluación [3] cuantitativa económica.

Rhopoint TAMS no sólo es un revolucionario instrumento de medición para la evaluación de la piel de naranja con un excelente nivel de correlación visual, sino también un avanzado instrumento de medición híbrido que permite medir la rugosidad de la superficie. Confiamos que este instrumento de medición es realmente útil para mejorar la calidad en cada uno de los procesos de recubrimiento.

Referencias

[1] JIS K 7374, Plastics – Determination of image clarity

[2] Christen, Klaus; Weißberg, Dirk; Roths, Klaus; Burrows, Anthony David; Morandi, Pierre; Dauser, Thomas EP3193158A1, 2017.

[3] ISO 16610-61:2015, Geometrical product specification (GPS) - Filtration - Part 61: Linear areal filters - Gaussian filters.

[4] ISO 4288:1996, Geometrical product specifications (GPS) – Surface texture: Profile method - Rules and procedures for the assessment of surface texture

[5] ISO 25178-3:2012, Geometrical product specifications (GPS) - Surface texture: Areal - Part 3: Specification operators TAMS distribuido en España por AQinstruments