Reactor histórico suizo de la época de la Guerra Fría totalmente digitalizado con Leica T-Scan

Museo de Aviación de Duebendorf - Suiza

La mayoría de la veces, la metrología industrial se encarga de realizar mediciones en objetos que por su carácter rutinario no se pueden calificar como precisamente de gran interés. La inspección de los mismos es igual de excitante que ver crecer la hierba. Pero muy de vez en cuando surge una tarea que es totalmente diferente al resto. Por ejemplo, la digitalización de un bombardero completo. Se trata del P-16.

LeicaP16-case-study-additionSu historia se remonta a 1948. En aquel momento, desde Suiza se seguía con inquietud el desarrollo del nuevo orden mundial de la Guerra Fría mientras se guardaba diligentemente la neutralidad armada del país durante la Segunda Guerra Mundial –una política que había permitido escapar por completo al conflicto armado. Fue en ese contexto histórico en el que el Alto Mando de la Fuerza Aérea Suiza se interesó en desarrollar un bombardero cuyas características de vuelo y carga explosiva habían sido especialmente diseñadas para adaptarse a las particularidades de la compleja topografía suiza. Los requisitos que se demandaban incluían una velocidad máxima casi supersónica, una excelente maniobrabilidad y la capacidad para aterrizar y despegar en pistas extremadamente cortas típicas de las regiones alpinas.

El primer prototipo realizó su vuelo inaugural en 1955. El avión mostraba el entonces revolucionario diseño de la alas con un perfil delgado y una combinación única de flaps de borde de salida, alerones arrastrables y flaps de borde de ataque de tipo Krüger, que permitían aumentar la elevación significativamente. Como resultado, el P-16 podía despegar en pistas con una longitud inferior a 500 metros y los aterrizajes sólo requerían unos 300 metros. La Fuerza Aérea Suiza encargó 100 P-16. Sin embargo, el proyecto completo se condenó al fracaso cuando se produjeron dos catastróficos accidentes relacionados con problemas mecánicos menores que condujeron al gobierno suizo a paralizar el proyecto y cancelar todo el encargo. Afortunadamente, el revolucionario diseño de las alas del avión se reencarnó en el primer reactor comercial de la historia construido por Lear Jet. Estos pioneros reactores comerciales incorporaban muchas de las características de diseño del P-16 que en aquel momento se consideraron como demasiado arriesgadas. En verdad lo que sucedía es que el avión estaba de 10 a 15 años adelantado a su tiempo. Lamentablemente, ninguno de los dibujos de proyecto ha llegado hasta nuestros días, y sólo se conserva un avión P-16 real en el Museo de la Aviación de Dübendorf, cerca de Zurich.

A principios de este año, Marc Immer, un estudiante de ingeniería mecánica en la Escuela Politécnica Federal de Zurich, quiso digitalizar este histórico bombardero suizo y analizar sus propiedades aerodinámicas comprobando su modelo a escala en un túnel aerodinámico. Después de evaluar las soluciones de escaneado disponibles en el mercado, concluyó que el único sistema capaz de afrontar el desafío era el escáner Leica T-Scan de Leica Geosystems. Feliz por involucrarse en un proyecto científico que tenía como centro neurálgico una pieza tan extraordinaria de la historia suiza, Leica Geosystems realizó el trabajo de forma desinteresada.Dubendorf_11
 
Otras soluciones evaluadas para el trabajo de escaneo no ofrecían la precisión requerida o trabajaban en un volumen de medición que era demasiado pequeño para el tamaño del reactor P-16. Con más de 14 metros de longitud, 11 metros de envergadura alar y 4 metros de altura, el avión tiene un gran área superficial, en la que sólo las alas ya tienen casi 30 metros cuadrados. Fuese cual fuese el equipamiento de escaneo elegido, debía ser capaz de enfrentarse a superficies de tales dimensiones y proporcionar a la vez las precisiones deseadas.

El sistema usado para el escaneo del P-16 es un innovador Leica Absolute Tracker AT901-LR junto con un escáner láser portátil Leica T-Scan. Un laser tracker es una máquina portátil de medición de coordenadas que se basa en un rayo láser para medir e inspeccionar con precisión en un volumen esférico de gran dimensión. Un laser tracker puede obtener información de tres 3 modos distintos: siguiendo una pequeña esfera reflectora, realizando seguimiento de una sonda de contacto inalámbrica sin brazo o siguiendo un escáner portátil, como es el caso con el proyecto P-16. 
 
El Leica T-Scan está acoplado al Absolute Laser Tracker por medio de un sistema de cámara digital (Leica T-Cam) que funciona con luz visible y radiación Infrarroja (IR), con un zoom óptico variable y un motor para movimiento vertical y angular. Montado en la parte superior del laser tracker, el sistema de cámara sigue continuamente al Leica T-Scan y captura las imágenes de los LED IR ubicados en él. El codificador angular incremental de la cámara se utiliza para permitir el movimiento vertical y angular de la propia cámara basado en los ángulos de guía del tracker. El procesador de señales digitales (DSP, en sus siglas en inglés), localizado dentro de la Leica T-Cam, realiza todos los cálculos y tareas de procesamiento de imágenes, mientras que el grupo de objetivos variables está completamente sellado en el cuerpo de la Leica T-Cam. Este diseño permite condiciones de medición estables y repetibles.
 
Un reflector integrado en el Leica T-Scan, junto con un patrón de diez LED IR, representan las dianas de medición del sistema. Seis parámetros de medición describen el dispositivo de señal de puntería en relación al sistema de tracker completo. Tres son parámetros de posición (x, y, z) y tres parámetros de orientación (inclinación, guiñada y balanceo). Juntos abarcan el principio de seis grados de libertad (6GDL). Estos parámetros están determinados por el laser tracker (posición) y la Leica T-Cam (orientación). 
 
Los LED IR disponen de IDs únicas que identifican al LED y su posición en el dispositivo de diana. Después de la identificación de los LED en la Leica T-Cam, éstos se ajustan al modo de medición (iluminación constante). La T-Cam debe tener siempre visible un mínimo de 4 LEDs para permitir un cálculo 6GDL. Los mejores resultados se obtienen cuando los LEDs visibles están distribuidos espacialmente. Para evitar ambigüedades y condiciones de medición incorrectas, los LEDs están divididos en 4 grupos distintos y sólo es posible una medición precisa si la Leica T-Cam puede localizar al menos un LED de cada grupo de LEDs.

Dubendorf_6El sistema óptico está perfectamente adaptado para rayos infrarrojos con una longitud de onda de 880 n, emitidos por los LEDs IR. La insensibilidad integrada a la radiación fuera de la zona infrarroja permite una elevada precisión y repetibilidad de las imágenes de LED en el chip CMOS. La Leica T-Cam funciona a la perfección, independientemente de si usted está realizando sus mediciones con luz solar directa o con luz ambiental cambiante.

Durante el transcurso de dos días de trabajo, se pudieron recopilar un total de 40 millones de puntos durante el escaneo del P-16. Para crear un modelo 3D utilizable para aplicaciones CAD (Computer Aided Design), los datos obtenidos con el Leica T-Scan se importaron a PolyWorks, el software estándar para procesamiento de nubes de puntos usado con el Leica T-Scan. De este modo se creó un modelo poligonal del avión P-16. Con avanzados algoritmos, PolyWorks promedió todos los puntos de datos y los fusionó para crear un modelo mallado preciso. A continuación, el modelo se limpió y editó utilizando herramientas PolyWorks para producir una representación digital utilizable y precisa del avión histórico. El procesamiento y la optimización de los datos se realizó por un especialista de aplicación de Duwe-3d AG. La compañía Duwe-3d AG en Lindau, Alemania, es socio europeo de InnovMetric Software Inc.

Marc Immer: “Mi intención es recalcular los datos de rendimiento del avión. De este modo, los cálculos de las características de rendimiento del vuelo, como las velocidades de ascenso y descenso, las velocidades de périda, así como el comportamiento aerodinámico del avión con los flaps bajados y retraídos proporcionarán la clase de información que no ha existido nunca sobre este avión debido a la repentina conclusión del proyecto y a la práctica ausencia de documentación relacionada con el desarrollo y las pruebas de vuelo correspondientes. El proyecto de investigación del P-16 ha resultado ser extremadamente interesante y me ha aportado una valiosa experiencia real en el uso del equipamiento de metrología industrial más avanzado del mercado”.

Case Study: Duebendorf Aviation Museum

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