Herramienta de Cómputo para Grabado con Láser

Encuentro de Investigación en IE, 17—18 Marzo, 2005
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Encuentro de Investigación en Ingeniería Eléctrica
Zacatecas, Zac, Marzo 17 —18, 2005
Herramienta de Cómputo para Grabado con
Láser
Luis Arturo García Arias, Miguel A. Basurto Pensado
Centro de Investigaciones en Ingeniería y Ciencias Aplicadas,
Licenciatura en Ciencias Computacionales Electrónica, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica
y Electrónica, Av. Universidad 1001, Col. Chamilpa, CP 62210, Cuernavaca, Morelos, México.
TEL: +(777)3297084, correo-e: [email protected], [email protected]
Alberto Ochoa O. Zezzati
Centro de Investigaciones en Ingeniería y Ciencias Aplicadas, Universidad Autónoma del Estado
de Morelos, Av. Universidad 1001, Col. Chamilpa, CP 62210, Cuernavaca, Morelos, México.
TEL: +(777)3297084, ext. , correo-e: [email protected] / Insituto de Computacão
(Programa Postdoctorale), Universidade do UNICAMP; Radamaelli, Brasil.
Resumen — El presente trabajo describe los avances en el desarrollo de una herramienta de
Software para el control del proceso de grabado que es parte de un proyecto diseñado para realizar
grabado en diversos materiales mediante el uso del láser para generar dispositivos que puedan ser
utilizados en el área de sensado con fibra óptica. Para el desarrollo de la herramienta de cómputo se
esta utilizando Java JBuilder X y la metodología de Razonamiento Basado en Casos (RBC) para la
optimización de diseños. La herramienta de cómputo importa un diseño realizado en AutoCAD con la
extensión DXF, el diseño se procesa en dos dimensiones el cual controlará el movimiento de dos servo
motores (en su primera etapa) unidos a un sistema mecánico, y realizar un grabado mediante un láser
de alta potencia en un área comprendida de un centímetro cuadrado. Usando la técnica de inteligencia
artificial denominada RBC, se logra calificar el grabado obtenido y se almacena en la librería de casos,
para después obtener un diseño mejorado y de esta manera hacer eficiente el grabado con láser.
Abstrac— This paper describes the advances in the development of a computer tool to control
engraving process, which is part of a project for engraved in differents materials using lasser to make
devices that can be used in the sensing area using optic fiber. The computer tool designed was develop
using Java for Jbuilder X to develop the computer tool and Case-Based Reasoning (CBR) methodology
for optimization on designs. The software tool imports an AutoCAD design file saved as DXF
extension, the software process the design in 2D to control the movement of two servo-motors (in its
first stage) united to a mechanic system, and make an engrave in a way of a high power lasser for a
delimited area around one square centimeter. Using the IA technic named CBR, it is posible to qualify
the obtained engrave and retain into the case library then obtain a better design and by this way to
make efficient the engraving with lasser.
Palabras Clave.- Control de motores,
Razonamiento basado en casos.
Herramienta inteligente, JBuilder X,
Maquinado láser,
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I. INTRODUCCIÓN
H
oy en día el láser ha sido una de las herramientas más utilizadas debido a su versatilidad ya que
se utiliza en muchas áreas como la ciencia, el entretenimiento, la astronomía, la industria, las
comunicaciones y la medicina, entre otras.
Existen empresas que emplean el láser para elaborar distintos tipos de cortes o grabados según sea
el caso, algunos de los artículos que elaboran son sierras, partes automotrices, grabados de
reconocimientos, diseño de plantillas de plástico, entre otros. La mayoría de estas empresas realizan
cortes y grabados a una escala macrométrica. Existen métodos y técnicas para la creación de micro
estructuras como los MEMS (Sistemas Micro electromecánicos), los cuales son usados para realizar
micro sistemas y el uso del láser Excimer, que se emplean principalmente en el área de micro
electrónica [1]. El láser Excimer se ha comenzado a utilizar para realizar este tipo de procesos en
materiales orgánicos como polímeros, cabe mencionar que el costo es elevado por lo cual dificulta a
los investigadores y personas que necesitan de este tipo de técnicas emplearlas para el desarrollo de
sus proyectos.
La principal ventaja del grabado con láser es que al realizar pruebas, ocupa una pequeña área del
material a diferencia del empleo de MEMS que utiliza toda la muestra para obtener resultados. Es
por ello que con el desarrollo de una herramienta de cómputo capaz de realizar y controlar este tipo
de procesos de grabados a un bajo costo.
II. PROBLEMA
En el área de sensado con fibras ópticas, muchos investigadores se enfrentan con un mismo
problema, no existen dispositivos en el mercado para realizar mediciones dentro de esta área. Esta
dificultad radica en que en la mayoría de los casos, se realizan adaptaciones de manera artesanal a
los dispositivos diseñados especialmente para comunicaciones.
III. PROPUESTA PARA LA SOLUCIÓN
La solución que se propone para el grabado con láser esta basada en la utilización de una
herramienta de cómputo capaz de controlar el proceso de manera óptima, acercándose lo más
posible a los trazos y dimensiones que el usuario utilizó en el desarrollo del diseño en AutoCAD, al
emplear la técnicas de la Inteligencia Artificial llamada Razonamiento Basado en Casos (RBC). El
archivo del diseño se importa, se selecciona el material a ser grabado, el software “traduce” el
diseño a una matriz, se inicia el grabado y por último califica la muestra obtenida.
IV. HERRAMIENTA DE CÓMPUTO DESARROLLADA
A. Metodología Utilizada
En sistemas de razonamiento basado en casos (RBC) la experiencia se incorpora a una librería de
últimos casos, codificando reglas clásicas de “casos” anteriores. Cada caso contiene típicamente una
descripción del problema, más una solución y/o su resultado (ver la Figura 1). El proceso del
conocimiento y del razonamiento usado por un experto para solucionar el problema no se registra,
sino es implícito en la solución [3]. Para solucionar un problema actual: el problema se compara
contra los casos en la librería de casos, y se recuperan los casos más similares. Los casos
recuperados se utilizan para sugerir una solución que se reutilice y se pruebe con éxito. En caso de
ser necesario, la solución entonces será revisada. Finalmente el problema actual y la solución final
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se conservan como parte de un caso nuevo. El RBC es muy popular dentro de la Inteligencia
Artificial debido a la utilización de los ejemplos más bien que con las conclusiones separadas de su
contexto. Una librería de casos puede también ser un recurso corporativo de gran alcance,
permitiendo que cada persona en una organización tenga apoyo de la biblioteca corporativa,
relacionada con el caso al manejar un nuevo problema. Desde los años 90’s el RBC ha crecido en
un campo de interés extenso, desde el punto de vista académico y comercial. Las herramientas
comerciales y conferencias relacionadas con su uso existen en la actualidad [8]. El RBC se utiliza
como un término genérico para describir las técnicas que incluyen pero no es limitado incluyendo el
razonamiento analógico.
Figura 1. Ciclo básico del Razonamiento basado en casos.
B. Interfaz Gráfica
Tomando como base la metodología propuesta., la herramienta de cómputo se desarrolla con el
lenguaje de programación Java SDK edición estándar 1.42 junto con JBuilder X utilizado para crear
aplicaciones en modo gráfico (ver la Figura 2) [4]. En el desarrollo del sistema se utilizan las
extensiones estándar de Java SDK 1.4 , como la [6] API 2D y COMM (comunicaciones) de Java
para la manipulación de imágenes en 2D y para el envío y recepción de datos por el puerto paralelo.
Figura 2. Interfaz gráfica de la herramienta desarrollada, muestra la imagen en la que se basa el software para convertirla
a una matriz y de esta manera mover los dos motores que controlan el movimiento del láser.
El sistema se basa en el siguiente proceso para la realización del grabado (ver la Figura 3):
1. El usuario utiliza el software para importar el diseño creado en AutoCAD guardado con la
extensión [7]DXF en modo ASCII.
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2. Se presenta en pantalla el diseño creado en AutoCAD en una imagen de 2D.
3. Para iniciar el proceso de grabado, el usuario selecciona el material a grabar e inicia el
grabado. El software se basa en el archivo del diseño guardado con la extensión DXF, hace
una matriz de puntos con los datos del archivo, estos puntos son traducidos en movimientos
de los dos motores unidos a un sistema mecánico para manipular el láser en los ejes x y y.
4. Al final la herramienta pedirá al usuario que califique el grabado, usando el RBC se
almacena en la librería de casos para hacer futuras comparaciones entre grabados y de esta
manera hallar un diseño optimizado para encontrar una solución mejorada para la tarea que
el usuario desee realizar [5].
Figura 3. Diagrama esquemático del funcionamiento de la herramienta de cómputo para el grabado con láser.
VI. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO
A. Conclusiones
Hasta el momento la herramienta ha demostrado su funcionalidad, para recrear un diseño en base a
sus características previamente determinadas mediante el hardware que se posee.
Debido a que este sistema está en desarrollo, en el presente trabajo se esboza un prototipo de esta
herramienta, se debe tener en cuenta que el sistema tiene amplias posibilidades de llegar a ser más
que una herramienta empleada en el diseño de dispositivos para el área de sensado, debido a sus
características y posibilidades para grabar o realizar cortes en distintos materiales.
B. Trabajo Relacionado.
En el ámbito de la tecnología existe un proyecto desarrollado en la Universidad de Izmir, Turquía,
denominado CADRE: Razonamiento de Diseño Espacial utilizando Razonamiento basado en Casos
[2], el cuál tomando como criterio el diseño de nuevos artefactos tales como edificios y de
productos de la manera más eficiente y más económica está llegando a ser crucial en el ambiente
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competitivo de hoy. El RBC del diseño es una solución a estas necesidades. Este proyecto ha
conducido al desarrollo de un ambiente del razonamiento del diseño basado en casos (CADRE) que
trabaja junto con diseñadores y utiliza razonamiento espacial basado en casos para el diseño de
edificios. CADRE incorpora los procesos de adaptación del caso en los cuales un caso existente del
diseño se dimensiona y adapta topológicamente adecuándose al nuevo problema de diseño, mientras
que el proceso de combinación del caso, en la cual partes de más de un caso del diseño son
combinadas para desarrollar una nueva solución del diseño.
C. Trabajo Futuro
La etapa siguiente de este proyecto será la realización de la interfaz de comunicación entre la PC
y los motores.
Otra etapa será el controlar un nuevo parámetro, el desplazamiento en Z.
Se construirá un modulo inteligente en la herramienta de cómputo capaz de evaluar “in situ” la
funcionalidad del dispositivo, tomando en cuenta criterios de diferentes expertos, creando una
evaluación adecuada al tipo de grabado en los dispositivos creados para pruebas.
RECONOCIMIENTOS
El presente trabajo se desarrollo con apoyo del Dr. Miguel A. Basurto P. en coordinación con el
Dr. Alberto Ochoa Zezzatti.
Y mediante el apoyo del PROMEP (proyecto UAEMOR-PTC-55)
Este trabajo fue desarrollado en las instalaciones del Laboratorio de Sensores de Fibra Óptica del
Centro en Investigación en Ingeniería Ciencias Aplicadas.
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
K. Hartke, et al. “Micromachining with a frequency converted Diode-Pumped Nd:YAG Laser”, Ohio University October 2000.
Karyn Ikaaran & Draysik Skagaran, “Adaptation compositive for optimized technology in building contruction”, Izmir University,
April 2004.
J. Kolodner, “Special Issue on Case-Based Reasoning”, October 1993.
M. Nieto,“Desarrollo de patrones de especificación, utilizando el Lenguaje de Requerimientos i*”,Tesis Doctoral; CENIDET 2005.
A. Ochoa, et al. “Proceedings of Doctoral Forum, PRICAI 2004, Auckland University of Technology, August 2004.
H. Schildt, “Java 2: The Complete Reference, Fourth Edition”, Edit. McGraw Hill 2001.
J.A. Tajadura et. Al. “AutoCAD 2000 Avanzadao”, Edit. Mc Graw Hill 1999.
J. Weiner, A. Ochoa & Surak Teralek. “Use of Oniric Techniques based on case-based reasoning for Pa’nar Syndrome detection”,
UNICAMP Postdoctoral program; Radamaelli, Brazil January 2005.