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Ingeniería inversa

De OHO - search engine for sustainable open hardware projects

Algunos proyectos de Open Hardware, de gran valor, cuentan en internet solo con fotos y videos del equipo real, sin dimensiones ni otro tipo de información acerca de la magnitud del tamaño de sus partes, información que es requerida para su realización o contrucción; En estos casos, OHO ha desarrollado un procedimiento para estimar con cierto grado de presición, las dimensiones escenciales de objetos y estructuras físicas, a partir de fotos, con la ayuda de programas útiles para este fin.

Lineamientos en proyectos de Ingeniería de Reversa

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A continuación se exponen los aspectos más importantes en los procedimientos denominados de Ingeniería Inversa, se muestran imágenes del caso de una grúa de taller encontrado en internet:

Seleccion del video

Para el caso mostrado, se trabajó con el video del enlace: Workshop Crane powered by DRILL, en el cual, se abordó lo siguiente:

¿Hay vistas desde diferentes ángulos?

El video muestra las etapas de contrucción desde diversos ángulos.

¿Hay vistas de los detalles más importantes?

Se observan los detalles sobre los procesos de fabricación : desvaste, corte, soldadura y ensamble.

¿Hay vistas del equipo abierto o desarmado?

El equipo es totalmente abierto.

¿Se reconocen las partes del equipo, los materiales y la lógica del ensamble?

En el equipo se pueden reconocer las partes y como van ensambladas.

¿Existe alguna categoría en OHO para el equipo del video?

Según las categorías dosponibles en [www.oho.wiki|OHO], este equipo encaja en la categoría 'Mobile Cranes'

¿Se muestran las imágenes con la nitidez necesaria?

Sí, es un video en alta resolución, por lo que sus imágenes tienen buena nitidéz.

Medida de referencia

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Para la determinación de las dimensiones del proyecto, es necesario contar con una o más dimensiones previamente conocidas, estas medidas deben ser proporcionada por OHO en el desarrollo de este procedimiento, a menos que se indique lo contrario.

En el proyecto de la grúa, se utilizó como medida de referencia el ancho del tubo de 60 mm, información obenida a partir de los comentarios del video, lo cual le otorga validéz a la referencia.

Revisar los comentarios y la información del video

Generalmente, se cuenta con datos de gran utilidad en los comentarios y en la información del video, para el caso de proyectos obtenidos de Youtube; aquí se pueden obtener datos sobre las dimensiones necesarias para la fabricación (medidas explícitas).

Revisión de comentarios

En algunos casos, la cantidad de comentarios es elevada, por lo que se deben revisar de forma exhaustiva.

En el video analizado, se expandieron todos los comentarios y sus respuestas, desplazandose hasta abajo (scroll), encontrando 507 items en total, incluyendo respuestas.

  • Como se trata de un video con muchos comentarios, se expandieron todas las respuestas con la herramienta YouTube expand reply comments.
  • Dado que los comentarios se encuentran distintos idiomas, se procedió a traducir en Google docs, GOOGLETRNSLATE() Y DATECTLANGUAGE(), el resultado fué luego revisado para corregir errores de traducción.
  • Para hacer el proceso más eficiente, se elaboró una hoja de cálculo llamada 'youtube comments checker.ods', organizada de la siguiente manera:
    • Comentarios originales en la primera columna
    • Comentarios en ingles en la segunda columna
    • Comentarios en español en la tercera columna (esta depende de la persona que haga el análisis)
    • Se resaltaron comentarios en base a palabras clave como 'mm', 'cm', 'kg', 'cable', 'pulley', 'wheel', entre otros, esto con la finalidad de extraer datos que puedan aportar información sobre dimensiones y especificaciones.
  • De igual manera, la información del video publicada por el autor, en busca de datos de interés.

A continuación algunas capturas con los comentarios e información, que arrojaron resultados.

Captura Datos obtenidos
Rev-eng6.jpg Reductor utilizado de relación 1:100
Capacidad estimada por el fabricante: 200 Kg
Rev-eng7.jpg Posible mejora, al cambiar la ubicación del reductor, se obtendría un diseño más compacto
Rev-eng9.jpg Capacidad de carga posiblemente superior a 200 kg
Rev-eng10.jpg Recomendación de reemplazar las ruedas y poleas plásticas por unas metálicas
Rev-eng12.jpg Referencia sobre obtención del reductor.

Verificaciones para capacidad del equipo

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Se deben verificar algunos aspectos como la capacidad del equipo o sistema, con el fin de que el proyecto a desarrollar tenga valor práctico como Open Hardware.

Para el caso de la grúa, se tiene en el mercado actual equipos similares, con capacidades superiores, sin embargo, se va a trabajar en base a la capacidad de 200 kg, indicada anteriormente en la transcripción del video.

Toma de screens clave para procesamiento de imágenes

Una vez tomada la desición de desarrollar el proceso de Ingeniería de reversa, con el video seleccionado, se comienza tomando capturas en las que se pueda medir las longitudes de los componentes.

Alternativas para incluir en las capturas para las medidas de referencia

Como se ha mencionado, algunas de las medidas capturadas serán de referencia, por lo que su valor es previamente conocido, existen algunos elementos que pueden mostrar medidas de referencia, como:

  • Elementos de calibración como metros, reglas, vernier, entre otros.
  • Objetos conocidos, bien identificados, usados en el video como partes de vehiculos, partes de otras máquinas como lavadoras, ventiladores, entre otros. El equipo cuenta con un taladro manual como elemento motor, puede servir como referencia en caso de ser requerida.
  • Objetos estimados usados en el video como engranes, rodamientos, ejes, vigas, pletinas, entre otros, de los cuales se suponga su tamaño. Estos deben ser confirmados con otras referencias como antropometría o bien ser aprobados por OHO.
  • Interacción de personas en el video, en donde se muestran partes humanas. En el proyecto de la grúa, se utilizaron capturas con interacción de personas para pruebas de plausibilidad.
  • Mobiliario del taller, sobre todo mesa de trabajo, entradas, losas de piso, paredes, entre otros que sean de utilidad.
  • Equipamiento del taller por ejemplo tornillos de banco, taladros, llaves etc. Con algunos datos de los equipos observados, es posible extraer dimensiones de componentes cercanos que pertenezcan al equipo o sistema del proyecto. En este caso, se obtuvieron datos a partir de la información del video.
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    • Taladro magnético: Drill evo28
    • Sierra circular: EVOSAW230 con soporte
    • Soldadora: Ideal Tecnomig 200GD Synergic

Procesamiento de imágenes

Después de haber obtenido las capturas o imágenes necesarias para determinar las dimensiones, se debe proceder al procesamiento de las mismas con los siguientes métodos:

Corrección de distorsión por perspectiva

Si la captura está distorsionada, carece de 'líneas de fuga' y además, se encuentran todas sus dimensiones en un mismo plano, se debe corregir la perspectiva.

Se puede usar editores de imagen como Gimp u otros para corregir perspectiva.

Determinación de dimensión de referencia por antropometría u objetos de dimensión conocida

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Una vez establecidas las capturas, donde interactuen personas u objetos de dimensión conocida, se debe contar con medidas promedio, para el caso de personas, se pueden emplear las indicadas en la norma DIN 33 402 u otros.

En el proyecto evaluado, para referencias sobre estatura y otros datos de antropopmetría, se utilizaron fuentes académicas en los siguientes enlaces:

A partir de dichas fuentes, se obtienen algunas referencias promedio para poder establecer comparaciones con las proporciones observadas en el video.

Dimensionamiento del equipo por coincidencia de cámara de imagen fija (camera match)

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Existen herramientas capaces de determinar dimensiones de objetos en distintos ejes de un sistema coordenado superpuesto sobre una foto tomada a dicho objeto, con perspectiva, como por ejemplo, el programa fSpy, el cual es Open Source y puede generar, a partir de la foto procesada, un archivo tipo 'camera match' que incluye en la foto, un sistema de coordenadas y puede ser posteriormente usado por otro programa muy potente, como lo es Blender, en el cual se manipula la foto y el sistema coordenado en un entorno tridimensional.

Algunas de las capturas del proyecto evaluado, se procesaron en fSpy y Blender, logrando determinar, a partir de medidas de referencia, otras dimensiones de forma satisfactoria.

Un requisito importante, para aplicar 'camera match' es que la captura muestre lineas rectas de los objetos en almenos dos ejes coordenados y que presenten perspectiva, en caso de que algunas capturas no cumplan con esto, por ejemplo, solo muestren formas curvas o vistas totalmente ortogonales, aún es posible procesar las imágenes en programas como el ya mencionado Gimp o herramientas como Meazure, en donde se analiza la imágen en dos dimensiones y se determinan medidas a partir de referencias conocidas, pudiendo incluso establecer relaciones de trigonometría, cuando la mediada y la referencia han sido tomadas a distintas distancias de la camara.

Comprobación de plausibilidad

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En vista de que en este proceso se realizan estimaciones, es recomendable, cuando hay dudas sobre alguna medida estimada, repetir su determinación con una referencia distinta, para dar validéz a la medida en cuestión.

Para el caso de la grúa, se observó que la altura del mastil está a la altura de los hombros de su constructor, por lo que se pudo verificar dicha medida, con la ayuda de un modelo de escala humana de Blender llamado 'meta rig'.

Referencias por experiencia del diseñador

En muchos casos, la persona que realiza el análisis de Ingeniería de Reversa, en base a su experiencia, posee ya conocimientos sobre algunas medidas críticas de algunos objetos, las cuales deben ser validadas por OHO, acelerando el proceso de determinación de dimensiones.

Como nota final, se debe destacar que, antes de comenzar a desarrollar el modelado de las partes, OHO debe revisar y aprobar las dimensiones principales y las dimensiones relevantes, obtenidas según este procedimiento.

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