Listado de buenas prácticas

Premio Santander correspondiente al año 2010, concedido por la Cátedra Banco Santander de la Universidad de Zaragoza. Más información en https://catbs.unizar.es/articulos/premiados-2010

simulación, análisis de casos, metrología dimensional, autoaprendizaje

Trabajo desarrollado por los profesores: Jorge Santolaria Mazo, David Samper Carnicer, José Antonio Albajez García y Carlos Enrique Cajal Hernando, del Departamento de Ingeniería de Diseño y Fabricación.

El núcleo central de esta actuación es la elaboración e implantación docente de una herramienta de aprendizaje en línea por análisis de casos y resolución de problemas sobre calibración de cámaras y visión industrial en el ámbito de la metrología dimensional. A partir de los contenidos teóricos expuestos en clase, mediante esta herramienta se desean afianzar los conocimientos, fomentar el espíritu crítico y la capacidad de análisis mediante el trabajo independiente de los alumnos apoyado en TIC, en paralelo a las sesiones teóricas y prácticas de las asignaturas en las que ha sido implantada esta actividad. En la actividad se pone a disposición de los alumnos una plataforma web en la que está disponible para descarga el software de autoaprendizaje desarrollado, así como su descripción general, manuales de uso y material de apoyo, además del planteamiento de ejercicios prácticos a llevar a cabo mediante el software. Los ejercicios prácticos cubren desde los aspectos más básicos de la calibración de cámaras hasta el análisis de casos complejos en los que se deben extraer conclusiones que reflejen el grado de adquisición de competencias específicas en este campo.

Esta actividad da comienzo en el curso académico 2008-09, donde se implanta como experiencia piloto de manera previa al desarrollo completo e implantación de los nuevos títulos de grado de Ingeniería Industrial. Como una de las motivaciones iniciales para la implantación de esta actividad, se detectaron una serie de necesidades docentes comunes a dos asignaturas de titulaciones diferentes (“Técnicas de medición en producción y mantenimiento, optativa de 5º curso de la mención de Producción en Ingeniería Industrial y “Ampliación de procesos industriales”, optativa de 3er curso en Ingeniería Técnica Industrial Mecánica). Las dos asignaturas tratan, desde puntos de vista similares, la visión industrial y la calibración de cámaras para su uso en metrología dimensional. Por ello, se afrontó esta experiencia con el ánimo, por un lado de implantar una nueva actividad de aprendizaje por análisis de casos basada en TICs de apoyo a una parte del temario común a ambas, y por otro de realizar una experiencia previa a la fusión de ambas titulaciones en los definitivos títulos de grado y máster, mediante el uso de una plataforma de autoaprendizaje común para alumnos de las asignaturas de ambas titulaciones.

Esta experiencia se ha desarrollado hasta implantarse por completo en la docencia de las asignaturas apuntadas, extendiéndose su uso en el curso 2010-11 a la asignatura Sistemas de Fabricación y Medición del Máster Universitario en sistemas Mecánicos, debido a la excelente acojida de la actividad por parte de los alumnos desde el inicio de esta actividad.

Las asignaturas en las que se enmarca la actividad son:

• “Técnicas de medición en producción y mantenimiento”. Es una asignatura optativa de 5º curso de la mención de Producción en Ingeniería Industrial. En esta asignatura se desarrollan varias actividades prácticas orientadas al aprendizaje, como resolución de casos prácticos en grupos de 2 ó 3 alumnos con exposición en clase, prácticas de laboratorio o realización de un trabajo como parte de evaluación de la asignatura, consistente en el diseño de un equipo de medición o parte de él, o la realización de varios procedimientos de medición sobre una misma pieza y el análisis y justificación de la solución de media óptima y de las alternativas. Tanto los trabajos como los casos prácticos son guiados por un profesor asignado a principio de curso en función de la temática de los mismos.
• “Ampliación de procesos industriales”. Es una asignatura optativa de 3er curso de la especialidad Mecánica de Ingeniería Técnica Industrial. En esta asignatura se amplían conocimientos de los distintos procesos industriales, haciendo especial hincapié en el aseguramiento de la calidad, y técnicas de medición mediante visión industrial. Las sesiones prácticas se plantean mediante la resolución de casos prácticos usando la metodología de aprendizaje basado en proyectos, permite afrontar problemas concretos y específicos de cada proceso, a los que no se llega con métodos más tradicionales.

En este contexto, tal y como se ha indicado en la síntesis anterior, se detectaron necesidades docentes comunes en la parte del temario correspondiente a técnicas de medida basadas en visión industrial por parte de los profesores de ambas asignaturas en un análisis preliminar de lo que supone la fusión de ambas titulaciones, y por lo tanto la aparición de nuevas asignaturas que cubran aspectos individuales y comunes de ambas asignaturas. El enfoque de ambas asignaturas, tanto en contenidos como en casos presentados, así como en las competencias que deben adquirir los alumnos, es diferente, dados los diferentes perfiles de ingreso a las asignaturas de los alumnos y objetivos que se persiguen en cada una de ellas. Por ello, y como experiencia piloto previa a la fusión de perfiles de ingreso y competencias a adquirir por los futuros alumnos del título de grado en relación con técnicas de medición basadas en visión industrial, se plantearon una serie de actividades comunes de autoaprendizaje por análisis de casos y apoyo a la docencia teórica y práctica en ambas asignaturas, utilizando como eje común el software de simulación y análisis de calibración de cámaras desarrollado y la página web correspondiente.

En dicha página web, alojada en un servidor de la Universidad (http://metrovisionlab.unizar.es/ ), se puso a disposición de los alumnos para descarga el software de simulación de calibración de cámaras, así como sus manuales de uso y los guiones de los casos prácticos a resolver. Además del material de descarga para los alumnos, en esta página web se describen las principales características del software, así como sus posibilidades de uso. Como material complementario, se describen detalladamente los aspectos matemáticos de los modelos de calibración de cámaras implementados, así como las principales referencias bibliográficas a artículos de investigación de sus autores.

Dadas las diferencias de perfiles de ingreso y competencias a adquirir en relación con visión industrial, se decidió dar soporte a la actividad mediante la página web con toda la información accesible y mediante un software de simulación de calibración de cámaras industriales. La premisa de diseño de este simulador fue la sencillez y caridad en su uso a través de una interfaz gráfica, por lo que en primer lugar se consideró el uso de algún software de calibración existente que permitiese guiar el aprendizaje autónomo de los alumnos cubriendo los aspectos planteados en los casos prácticos en relación con las competencias a adquirir. El software comercial fue descartado desde el principio porque en general las aplicaciones disponibles se centran en aspectos muy específicos, por lo tanto no disponen de la versatilidad necesaria para su uso como herramienta educativa. Entre las alternativas de aplicaciones open source y de software libre evaluadas (Tsai Camera Calibration, OpenCV, Matlab Camera Calibration Toolboxex Enhancement y Camera Calibratin Toolbox for Matlab) se detectaron aplicaciones interesantes, pero no lo suficiente versátiles para el propósito docente inicial, dado que tanto las aplicaciones como las librerías analizadas, únicamente consideran un único método de calibración, por lo que los estudiantes debían utilizar un software diferente para evaluar cada uno de los métodos. En cuanto a la sencillez de uso, estas aplicaciones poseen una interfaz de uso muy básica o carecen totalmente de ella, lo que trae consigo una mayor curva de aprendizaje para el uso del software. Por estas razones se decidió implementar el software específico finalmente utilizado en la actividad.

Desde el punto de vista de la influencia de las TIC en el aprendizaje y la renovación de metodologías docentes, antes de la implantación de la actividad en estas asignaturas, los fundamentos de calibración de cámaras se impartían como clases teóricas en las que se fijaban fundamentalmente los siguientes objetivos en las partes correspondientes de ambas asignaturas: 1) aprendizaje del modelo pin-hole de una cámara, 2) de los modelos matemáticos de los algoritmos básicos de calibración de cámaras y 3) cómo se realiza la calibración de una cámara y los elementos auxiliares de medición según la configuración del equipo, como el método de calibración del plano laser en caso de un sensor láser por triangulación para digitalización e ingeniería inversa. Estas clases teóricas se podrían separar en una serie de aspectos matemáticos que el alumno asimilaba fácilmente y en otra serie de aspectos que requerían de la intuición del alumno para entenderlos. Por lo general es mucho más fácil para el alumno asimilar conceptos que requieren de su intuición si los aprende de forma activa en lugar de hacerlo de forma pasiva. Además, la participación activa del alumno en el aprendizaje ayuda a que aumente su motivación, lo que hace que asimile los conceptos que se le transmiten de un modo mucho más efectivo. Por estos motivos se ha desarrollado el software de simulación Metrovisionlab junto con una serie de problemas prácticos que tienen que ser resueltos por el alumno utilizando el software de simulación. Mientras realizan los ejercicios prácticos con Metrovisionlab los alumnos pueden aprender de una forma activa 1) los aspectos básicos del funcionamiento de una cámara, 2) como es el proceso de calibración de una cámara, 3) cuales son las ventajas e inconvenientes de los distintos métodos de calibración y 4) que utilidad pueden tener los puntos de calibración generados sintéticamente.

El hecho del uso combinado de la página web con el software de simulación, como se especifica en el apartado siguiente, ha permitido ampliar en gran medida los objetivos de aprendizaje planteados antes del desarrollo de la actividad. Tras la primera implantación de la actividad se constató, no solo que los alumnos adquirían el conocimiento básico que antes se trataba en su totalidad en sesiones expositivas, sino que además eran capaces de evaluar de manera crítica los diferentes métodos de calibración según los resultados obtenidos por simulación y de resolver de manera autónoma problemas complejos de medición industrial en relación con la configuración de cámara y métodos matemáticos más adecuados. El hecho de permitir cubrir un mayor rango de procedimientos de calibración amplía el conocimiento de los alumnos y les aporta criterios de valoración comparativa, a diferencia de los resultados de aprendizaje anteriores, en los que únicamente se trataba un método de calibración.

En la asignatura de Técnicas de Medición en Producción y Mantenimiento se imparte a los alumnos una serie de conocimientos sobre 1) técnicas de medición en el control de calidad de la fabricación y el mantenimiento, 2) especificaciones necesarias en una medición y 3) selección e integración de equipos y sistemas para la inspección y el mantenimiento industrial, mientras que en la asignatura de Ampliación de Procesos Industriales se imparten temas relacionados con 1) la fabricación asistida por ordenador, 2) métodos avanzados de fabricación y 3) sistemas de visión aplicados al control de la calidad y a la ingeniería inversa. Los temarios de estas dos asignaturas coinciden en las partes que tienen que ver con los aspectos relacionados con los sistemas de visión industrial, ya sea para la medición o para la inspección, y es en esta parte del temario de ambas asignaturas en la que se ha introducido el uso del programa de simulación Metrovisionlab. En ambas asignaturas se desarrollan varias actividades prácticas orientadas al aprendizaje, como resolución de casos prácticos en grupos de 2 o 3 alumnos con exposición en clase, prácticas de laboratorio y realización de un trabajo como parte de evaluación de la asignatura. Utilizando estas técnicas, los estudiantes tienen que resolver además un problema real de medición ofreciendo diferentes alternativas razonadas y documentadas, y deben llevarlo a cabo en el laboratorio de metrología. Estos problemas tienen que ser resueltos en grupo e incluyen entregables intermedios, cuya realimentación a los estudiantes es muy útiles desde el punto de vista de la evaluación formativa y mejora de la docencia. Con respecto al temario, los temas relacionados con visión industrial aplicada al control de calidad son dos. En el primer tema se desarrollan los conceptos generales de la visión industrial, se introducen las técnicas y algoritmos de tratamiento de imagen y se describen los tipos de sistemas habitualmente usados en metrología dimensional e inspección industrial, como son: 1) sistemas 2D, 2) sistemas láser por triangulación y 3) sistemas basados en estereovisión. En el segundo tema se profundiza en el modelado y calibración de cámaras y en sus componentes y caracterización de precisión para su uso en metrología e inspección industrial. Hasta ahora estos temas se impartían en sesiones expositivas complementadas con una práctica en la que los alumnos debían realizar varios ejercicios prácticos 1) de análisis de imagen sobre imágenes patrón para analizar el comportamiento de los algoritmos de tratamiento según valores de parámetros de entrada y 2) de calibración de cámaras y caracterización de sus parámetros.

En el curso 2010-11 se ha extendido con gran éxito la actividad a la asignatura Sistemas de Fabricación y Medición. Se trata de una de las tres asignaturas obligatorias del Máster Universitario en Sistemas Mecánicos. En este caso, dadas las características de esta titulación, es posible profundizar más en la herramienta desde el punto de vista investigador, incluyendo actividades de aprendizaje tanto de calibración de cámaras como de la herramienta de implementación de código. Las actividades que se plantean a los alumnos en este caso están enfocadas al refuerzo y ampliación de técnicas de medición sin contacto y estudios de precisión e influencias de error sobre un sistema de medida sin contacto, así como la caracterización de dichas fuentes. De este modo, mediante actividades desarrolladas en paralelo en las sesiones prácticas, se favorece el aprendizaje autónomo de los alumnos tanto de técnicas y herramientas de investigación, como de conceptos más profundos sobre técnicas de calibración de cámaras.

Las fases generales de la actividad completa, en las que se enmarcan las actividades descritas hasta el momento, constan de:

• Descarga de software de simulación y calibración de cámaras desde la página web y revisión del material complementario. Este material complementario está compuesto por el manual de usuario del programa y explicación teórica detallada de la implementación de los procedimientos de generación de puntos para calibración y de los distintos algoritmos de calibración.
• Revisión del manual de uso y reproducción de ejemplos del manual.
• Realización de ejercicios prácticos. Se plantean al alumno 8 ejercicios prácticos de calibración de cámaras en el software de autoaprendizaje. En cada uno de ellos se le guía en la selección de los parámetros intrínsecos de la cámara, la óptica y en los puntos de calibración más adecuados. Como resultado, el alumno elabora un informe con las pruebas realizadas y los archivos de puntos de calibración y resultados obtenidos. En ese informe, el alumno debe analizar y justificar razonadamente las diferencias observadas en los resultados obtenidos en las distintas pruebas de calibración. Estos ejercicios prácticos se plantean tras las explicaciones teóricas en sesiones expositivas y la primera práctica, en la que se familiarizan con el uso del programa mediante ejercicios guiados por el profesor durante la sesión.
• Como última fase de la actividad se plantea opcionalmente al alumno un estudio de variables de influencia sobre la precisión final de medida. Como resultado, el alumno debe entregar un informe sobre las pruebas realizadas y resultados obtenidos. Este informe debe recoger, de manera justificada, las conclusiones obtenidas y la caracterización de la relación entre la precisión final de medida y las variables de influencia. Se plantea un caso por grupo en el que el grupo de alumnos debe razonar qué variables de influencia son las más importantes en cada caso, así como aportar soluciones a cada situación y caracterizar dicha influencia. Cada grupo de alumnos, además del informe realiza como parte de su trabajo de curso una exposición en clase con turno de preguntas por parte de alumnos y profesores, de modo que se potencie el desarrollo no solo de las competencias específicas, sino también de las generales.

Los objetivos concretos de la parte de visión industrial de las asignaturas, para los que se plantea el uso del simulador Metrovisionlab son que el alumno adquiera los siguientes conocimientos: 1) los distintos sistemas basados en sensores ópticos sin contacto para su uso en metrología dimensional desde el punto de vista de la tecnología, componentes y principio de funcionamiento; 2) las distintas técnicas y algoritmos de calibración de cámaras existentes, así como las características de objetos patrón de calibración; y 3) el procedimiento de calibración de un sensor láser por triangulación, posibles objetos patrón y sus influencias sobre la calibración. Para que los alumnos alcancen los objetivos anteriormente mencionados han de realizar una serie de sesiones prácticas en las que se integran en grupos de trabajo con otros alumnos. En estas sesiones los alumnos tienen que realizar una serie de pequeños ejercicios con el simulador que les permiten: 1) familiarizarse con el entorno de trabajo del simulador Metrovionlab; 2) entender la influencia de los parámetros intrínsecos y extrínsecos que caracterizan una cámara; 3) realizar calibraciones de cámaras con los diferentes métodos disponibles en el simulador; 4) analizar la influencia de los diferentes parámetros frente a posibles errores y 5) realizar una comparativa de los diferentes métodos de calibración. Al finalizar la primera sesión de prácticas los alumnos han de utilizar el simulador para realizar un trabajo que consiste en la calibración de una cámara siguiendo los siguientes pasos: 1) cargar las imágenes de calibración capturadas con una cámara y definir los parámetros básicos de la cámara; 2) obtener las coordenadas pantalla de los puntos de calibración y asociarles sus correspondientes coordenadas globales; 3) seleccionar el método de calibración que estimen más oportuno para lleva a cabo la calibración; y 4) análisis de los resultados obtenidos en la calibración. Durante este ejercicio de calibración los alumnos han de simular posibles errores tanto en el tratamiento de las imágenes como en la caracterización del calibrador para poder evaluar la sensibilidad del método de calibración ante estos errores.

Para que los alumnos alcancen los objetivos anteriormente mencionados han de realizar una o varias sesiones prácticas en función de la asignatura, en las que se integran en grupos de trabajo con otros alumnos. En estas sesiones los alumnos tienen que realizar una serie de pequeños ejercicios con el simulador que les permiten: 1) familiarizarse con el entorno de trabajo del simulador Metrovionlab; 2) entender la influencia de los parámetros intrínsecos y extrínsecos que caracterizan una cámara; 3) realizar calibraciones de cámaras con los diferentes métodos disponibles en el simulador; 4) analizar la influencia de los diferentes parámetros frente a posibles errores y 5) realizar una comparativa de los diferentes métodos de calibración. Al finalizar la primera sesión de prácticas los alumnos han de utilizar el simulador para realizar un trabajo que consiste en la calibración de una cámara siguiendo los siguientes pasos: 1) cargar las imágenes de calibración capturadas con una cámara y definir los parámetros básicos de la cámara; 2) obtener las coordenadas pantalla de los puntos de calibración y asociarles sus correspondientes coordenadas globales; 3) seleccionar el método de calibración que estimen más oportuno para llevar a cabo la calibración; y 4) análisis de los resultados obtenidos en la calibración. Durante este ejercicio de calibración los alumnos han de simular posibles errores tanto en el tratamiento de las imágenes como en la caracterización del calibrador para poder evaluar la sensibilidad del método de calibración ante estos errores.

La posibilidad de simular el funcionamiento de una cámara, así como de modificar los parámetros de la cámara de forma sencilla mientras se ve gráficamente como afectan al sistema dichas modificaciones, hacen que el simulador Metrovisionlab sea una herramienta muy eficaz para la exposición y explicación de los conceptos más importantes de los sistemas de visión durante las clases de teoría. Durante una primera clase teórica, se explica a los alumnos el funcionamiento general de la aplicación para que se familiarizasen con ella. En el resto de clases teóricas se usó el simulador como apoyo para que los alumnos pudiesen comprender de forma visual e interactiva los aspectos más importantes relacionados con los sistemas de visión mediante cámaras.

Desde el punto de vista del diseño de la actividad se ha programado el software de simulación en MATLAB. De las posibilidades de herramientas de desarrollo de software orientado a objetos, se optó por el uso de MATLAB dado que se perseguía la mayor divulgación posible, y por tratarse de una de las plataformas más usadas por la comunidad científica en general y en cálculos matemáticos de ingeniería en particular. Además, se trata de una plataforma en la que los alumnos ya han trabajado en ambos casos en asignaturas anteriores por lo que, pese a ser necesario como norma general tratar los aspectos básicos de funcionamiento de la interfaz, resulta familiar en la mayor parte de los casos. El hecho de afrontar el software como una aplicación independiente basada en interfaz gráfica, permite su uso directo sin necesidad de conocer los comandos específicos para las tareas encomendadas, sino que basta con conocer la interfaz de la aplicación para acceder rápidamente a los comandos disponibles. Como herramienta, MATLAB es una aplicación ideal para el desarrollo de software no comercial que implique cálculos matemáticos, dado que los procedimientos complejos que de otra manera es necesario implementar por completo, están por lo general ya implementados en funciones propias de la aplicación, reduciendo en gran medida el tiempo de desarrollo.

Otro de los motivos por los que se optó por esta plataforma es porque se deja disponible para descarga el código fuente de la aplicación, de modo que, aunque no es un objetivo recogido en la asignatura, un alumno puede profundizar en la programación utilizada y en las funciones usadas en el código. En general MATLAB es uno de los softwares de mayor éxito en la comunidad científica y en campos relacionados con la ingeniería, dado el nivel y la calidad de las posibilidades que ofrece en tareas de desarrollo, simulación e investigación.

Respecto a la página web, en este caso se utilizó la aplicación DREAMWEAVER para su desarrollo. Como se puede comprobar en la dirección especificada, esta página web se planteó como una única web plana en aras de recopilar toda la información en una sola página, de modo que se guía al usuario mediante enlaces parciales a lo largo de toda su extensión. Se dotó a la página de un aspecto general similar a las páginas web de asistencia de MATLAB, dado que se plantea como una toolbox de uso independiente dentro de esta aplicación. Con respecto a DREAMWEAVER es una aplicación de manejo sencillo para páginas de estas características, sobre todo teniendo en cuenta que una página plana se puede mantener con facilidad en un solo archivo Word y usar la aplicación de creación de páginas para añadir los enlaces y dotar a la página de un aspecto y configuración compatibles con los navegadores más habituales. Con respecto al material complementario se han utilizado las aplicaciones Adobe PDF para la creación del manual y los casos prácticos y Winzip para la compresión de los archivos de código disponibles para descarga.

Con respecto al uso de los materiales y aplicaciones por parte de los alumnos, tal y como se ha introducido en el apartado anterior, se ha primado la sencillez, la accesibilidad y la claridad tanto en la interfaz de la aplicación como en el material e información disponible en la página web, dando lugar a una herramienta de simulación de cámaras industriales muy potente y extremadamente fácil de usar sin necesidad de poseer ningún conocimiento previo de MATLAB.

Desde el punto de vista de la innovación docente, es de destacar que no existía hasta ahora una herramienta de simulación con las prestaciones presentadas enfocada a la docencia en el campo de la visión industrial. Además, la herramienta desarrollada no solo permite afrontar de un modo completamente distinto el proceso de enseñanza-aprendizaje de esta disciplina, sino que posee capacidades que permiten no solo abordar los aspectos básicos de la calibración, como es habitual, sino profundizar en la mayor parte de aspectos relacionados con calibración de cámaras y evaluación de error.

Tal y como se ha descrito en apartados anteriores, se ha potenciado el aprendizaje autónomo por análisis de casos de los alumnos con una mayor adquisición de competencias específicas en las partes de las asignaturas específicas gracias al uso de la herramienta desarrollada dentro de la actividad, manteniendo el desarrollo de competencias genéricas, fundamentalmente relacionadas con la capacidad expositiva, ya planteada en el esquema anterior a la implantación de la actividad.

El carácter innovador de la actividad se ha visto reflejado y reconocido en la publicación tanto del desarrollo de la actividad docente y resultados obtenidos como del enfoque de uso y características técnicas detalladas del simulador en dos revistas internacionales indexadas en el JCR y en una revista internacional, así como en la divulgación de distintos aspectos de la actividad, objetivos y resultados en cuatro congresos nacionales e internacionales sobre innovación docente e investigación educativa. Las publicaciones en las que se recogen en detalle los aspectos innovadores relacionados con el proceso de enseñanza-aprendizaje, el planteamiento de los objetivos, el desarrollo y la evaluación de la actividad y las características técnicas de la herramienta de simulación desarrollada se recogen a continuación.

REVISTAS INDEXADAS EN EL JCR

D. Samper, J. Santolaria, J.J. Pastor, J.J. Aguilar “Teaching Camera Calibration by a Constructivist Methodology” IEEE Transactions on Education,53(4) 646-652, 2010

IEEE Transactions on Education ocupa el lugar 7/24 (1,4) en la categoría EDUCATION, SCIENTIFIC DISCIPLINES del JCR y es una de las revistas más prestigiosas internacionalmente en aspectos relacionados con innovación docente e investigación educativa en varios campos de la ingeniería, fundamentalmente relacionados con ingeniería eléctrica, formación asistida por ordenador y uso de herramientas TIC en educación en ingeniería.

D. Samper, J. Santolaria, A.C. Majarena, J.J. Aguilar “Comprehensive simulation software for teaching camera calibration by a constructivist methodology” Measuremen, 43, 618-639, 2001

Measurement ocupa el lugar 37/67 en la categoría ENGINEERING, MULTIDISCIPLINARY del JCR y es una de las pocas revistas dedicadas casi en su totalidad a metrología dimensional. Es la revista de la International Measurement Confederation (IMEKO) cuyo comité de trabajo TC1 (Education and Training in Measurement and Instrumentation) está dedicado fundamentalmente a aspectos relacionados con educación en relación con la metrología dimensional.

REVISTAS INTERNACIONALES

J.J. Pastor, J. Santolaria, D. Samper, J.J. Aguilar “Metrovisionlab: A Matlab Tool for Learning Vision Camera Calibration”, AIP Conference Proceedings 1181, pp 278-286, American Institute of Physics, 2009.

CONTRIBUCIONES A CONGRESOS

D. Samper, J. Santolaria, J.J. Pastor, J.J. Aguilar, “Laboratorio virtual de calibración de cámaras industriales para metrología dimensional: experiencias de uso docente por análisis de casos en asignaturas de dos titulaciones de ingeniería.”,: III Jornadas de Innovación Docente, Tecnologías de la Información y Comunicación e Investigación Educativa. Zaragoza, 2009

D. Samper, J. Santolaria, J.J. Pastor, J.J. Aguilar “A comprehensive simulation software for teaching camera calibration”, XIX IMEKO World Congress. ISBN: 978-963- 88410-0-1, Lisboa (Portugal), 2009.

J.J. Pastor, J. Santolaria, D. Samper, J.J. Aguilar “Teaching camera calibration using Metrovisionlab and proyect based learning methodology”, IADAT-e2009 International Conference on Education. ISBN: 978-84-935915-2-6, Bilbao, 2009.

J.J. Pastor, J. Santolaria, D. Samper, J.J. Aguilar “Aplicación informática en MATLAB para la calibración de cámaras y generación de puntos sintéticos de calibración en el ámbito docente.” 3rd Manufacturing Engineering Society International Conference MESIC 2009. ISBN: 978-84-613-3166-6, Alcoy, Alicante, 2009

Con objeto de evaluar el grado de aprendizaje de los alumnos con respecto a los objetivos planteados, tal y como se ha tratado en apartados anteriores, se han empleado ejercicios prácticos de obtención de diversos parámetros de calibración y análisis de casos más complejos en los que el alumno debe exponer de forma razonada las posibles influencias y causas que desembocan en una situación de medición concreta, a partir de su ya adquirida experiencia en los ejercicios prácticos, así como de las medidas a tomar y recomendaciones para resolver la situación presentada y mejorar la medición posterior.

Por otro lado, se ha realizado una encuesta a los alumnos sobre su experiencia en la plataforma. Esta encuesta se compone de un cuestionario de evaluación de capacidades después de la presentación en clase de los contenidos teóricos sobre visión industrial y calibración, y antes de la presentación de la plataforma web. Tras el periodo que los alumnos dedican al uso del software de autoaprendizaje, se realiza una variante del cuestionario inicial, de modo que es posible evaluar los resultados obtenidos tras la implantación de la innovación.

En general, tal y como se ha comentado anteriormente, la adquisición de nuevas competencias, fundamentalmente relacionadas con la capacidad crítica y la capacidad de afrontar casos complejos y aportar soluciones razonadas sobre problemas relacionados con la visión industrial, quedó patente en los resultados, obteniéndose además un alto grado de satisfacción de los alumnos en relación con el manejo de la actividad.

Además, con carácter general, tanto en el primer año de implantación de la actividad como en el presente curso se ha realizado una encuesta sobre el uso del software en ambas asignaturas. Se trata de un cuestionario sencillo sobre el uso de la aplicación y sobre la apreciación del estudiante acerca de su utilidad en relación con la adquisición de conocimientos y competencias en esta materia. En dicho cuestionario los estudiantes deben contestar en una escala de 1 a 5 donde 1 representa total desacuerdo y 5 completamente de acuerdo.

Los resultados globales obtenidos muestran que la impresión de los alumnos sobre la actividad es muy positiva.

Dado que se trata de material disponible en la web, cabe destacar que, tras la divulgación de la actividad, se han recibido varias felicitaciones por parte de investigadores y profesores de universidades extranjeras que han evaluado el software y su planteamiento como herramienta docente. No es habitual que una aplicación compleja de código abierto esté disponible de manera gratuita, y menos en un campo industrial. El enfoque educativo no es el único que se le puede dar a la herramienta desarrollada, dado que puede resultar útil en tareas de investigación.

El curso 2010-11 es el tercer año de realización de la actividad presentada en las asignaturas de primer y segundo ciclo indicadas y la experiencia ha resultado muy positiva desde el punto de vista de la mejora en el aprendizaje de los alumnos. También es el primer año de implantación de la actividad en la asignatura de Máster, resultando del mismo modo en una experiencia muy positiva y en una mejora apreciable del aprendizaje de nivel superior de los alumnos.

Paulatinamente va a ir desapareciendo la docencia en las titulaciones actuales, por lo que se prevé su aplicación actual hasta que esto ocurra. A partir de la entrada en vigor de las asignaturas de los títulos de grado de Ingeniería Industrial relacionadas con visión industrial se prevé continuar su uso en ese nuevo marco.

Durante el curso 2010-11 y el anterior se han incorporado mejoras en la aplicación introduciendo nuevas capacidades del software en tres versiones. Cada nueva actualización de la aplicación se incorpora a la página web para que esté disponible para descarga, por lo que el mantenimiento de la página está actualizado. Además, se está trabajando en la incorporación a la aplicación de un módulo de fotogrametría digital dado que es el campo de trabajo natural de las cámaras industriales, para lo que es necesaria su calibración previa. Este módulo cruza la barrera de la calibración y avanza hacia la aplicación, abriendo un gran abanico de posibilidades de planteamiento de nuevos casos prácticos reales integrando la calibración con la aplicación. También se están mejorando los módulos de presentación de valores característicos de error de reconstrucción.

La intención es desarrollar junto con cada nuevo módulo un conjunto de casos prácticos asociados de modo que se amplíe el uso de la herramienta tanto en las asignaturas mencionadas como en nuevas asignaturas.

En el curso 2010-11 se comenzó a utilizar la plataforma web y la herramienta desarrollada en esta actividad en la asignatura “Sistemas de Fabricación y Medición” plenamente integrada en las actividades de aprendizaje de los alumnos en una de las partes de la asignatura. Esta asignatura tiene carácter obligatorio en el Master oficial en Sistemas Mecánicos de la Universidad de Zaragoza. El campo de aplicación de la herramienta se puede enmarcar en actividades relacionadas con la visión industrial aplicada a distintos campos como la robótica, o el reconocimiento, por lo que, además de en asignaturas relacionadas con Ingeniería de Fabricación es posible extrapolar su uso a materias relacionadas con Automatización Industrial.

Además, con el módulo de fotogrametría incorporado, se pretende implantar una actividad dentro de las prácticas relacionadas con Ingeniería Inversa dentro de la asignatura “Tecnologías avanzadas de prototipado rápido e Ingeniería Inversa”, de nueva impartición en el curso 2011-2012 dentro del Grado de diseño.