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Aplicación práctica de la visión artificial

en el control de procesos industriales Memoria proyecto industrial

Fecha: Septiembre 2012

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Memoria industrial

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ÍNDICE

1. OBJETIVOS ........................................................................................................................................ 3

2. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO INDUSTRIAL ............................................................... 3

3. DISEÑO MECÁNICO ........................................................................................................................... 4

3.1 FUNCIONAMIENTO DE LA ZONA DE DOSIFICADO/EXPULSIÓN ............................................... 5

3.2 FUNCIONAMIENTO DE LA ZONA DE POSICIONADO ................................................................. 6

4. DISEÑO ELÉCTRICO .......................................................................................................................... 7

4.1 PROGRAMACIÓN FQ.................................................................................................................... 9

4.2 PROGRAMACIÓN PLC................................................................................................................ 12

4.3 PROGRAMACIÓN COGNEX ....................................................................................................... 13

5. COMUNICACIÓN CON EL ROBOT/INYECTORA ............................................................................. 15

6. VALORACIONES .............................................................................................................................. 15

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1. OBJETIVOS

El objetivo principal del proyecto industrial es la colaboración educativo-industrial para formar, innovar e

intercambiar conocimientos con los profesionales de las empresas colaboradoras y los profesionales de

centros docentes. La formación, innovación e intercambio de conocimientos son una de las bases

fundamentales para el progreso económico y técnico de una empresa. Con este fin se ha ejecutado el

proyecto industrial descrito en esta memoria de manera conjunta entre el sector industrial y el sector

educativo, con importantes beneficios técnicos y formativos para ambas partes.

2. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO INDUSTRIAL

El proyecto industrial se basa en la construcción y automatización de un microtransportador encargado de la

alimentación de piezas metálico-plásticas para su posterior inyectado plástico en una máquina inyectora. El

equipo dispone de un microcamino que transporta las piezas desde un vibrador hasta la zona de recogida de

un robot. Durante el transporte, un equipo de visón artificial (Omron FQ) comprueba la orientación de las

piezas y mediante un PLC se controla el paso de las piezas, selección y posicionado sobre el microcamino

para su recogida.

Existen dos tipos de piezas: diámetro grande (16mm) y diámetro pequeño (14mm). Éstas últimas tienen dos

caras diferentes (igual que una moneda) y cada cara es utilizada para un tipo de pieza. Si se tiene

seleccionado el tipo de pieza (A), la cámara sólo dará como correctas las piezas que vengan por esa cara

dejándolas pasar; por el contrario, si las piezas vienen por la otra cara (B), la señal será de pieza incorrecta y

será expulsada hacia el depósito de vibrador. Si se selecciona el tipo de pieza (B) el proceso es el mismo

pero a la inversa. Por el contrario si se escoge el tipo de pieza grande sólo es válida una de las caras y serán

expulsadas todas las que suministre el vibrador en la orientación incorrecta.

La alimentación de la cinta es mediante un vibrador eléctrico que deposita las piezas metálico-plásticas sobre

la cinta transportadora. Una vez controladas por el sistema de visón artificial son entregadas a la zona de

recogida, donde un robot las coge y coloca en el molde de la inyectora para su inyectado. Una vez inyectado

el plástico, el robot vuelve a recoger las piezas del molde de la inyectora y las presenta delante de otra

cámara de visión artificial (Cognex IN-Sight 5000) que controla las cotas con tolerancias de décimas de

milímetros y la falta de material plástico en cada pieza.

Pieza grande Pieza inyectada 1 Pieza inyectada 2 Pieza pequeña

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3. DISEÑO MECÁNICO

En el momento de realizar el diseño mecánico se han seguido las especificaciones del cliente:

� El equipo subministra los insertos por la cara deseada según la pieza a inyectar.

� El equipo debe ser portátil, no siempre estará trabajando con la misma inyectora.

� Se suministran los insertos de dos en dos para su posterior recogida con el robot.

� El robot no espera los insertos, los insertos esperan al robot.

El diseño mecánico está compuesto por un vibrador, encargado de proveer de piezas al microcamino. Éste

las desplaza hasta la zona de inspección y recogida. La zona de dosificación está compuesta por un cilindro

neumático encargado de dejar pasar los insertos de uno en uno, la zona de posicionado compuesta de tres

cilindros neumáticos los cuales posicionan las piezas, este posicionado es muy importante ya que es el lugar

donde el robot recoge los insertos para su posterior colocación en la inyectora. Toda la estructura del

dosificador está hecha de perfil de aluminio de 45x45mm, este tipo de estructura es muy utilizado ya que

dispone de múltiples accesorios y opciones de montaje.

Vibrador Microcamino

Zona de inspección

Zona de recogida

Zona de dosificación Zona de posicionado

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3.1 FUNCIONAMIENTO DE LA ZONA DE DOSIFICADO/EXPULSI ÓN

Cuando las piezas llegan a la zona de dosificación son analizadas una a una a través de la cámara de visión

Omron FQ. Cuando la pieza analizada sea correcta, se abrirá una compuerta neumática que dejará pasar

dicha pieza y se cerrará a continuación, a la espera de una nueva pieza.

Posicionado incorrecto. Expulsión al vibrador.

Posicionado correcto. Dejamos pasar pieza.

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3.2 FUNCIONAMIENTO DE LA ZONA DE POSICIONADO De forma automática las piezas van llegando al final de la cinta y se paran debido a que el freno 3 impide que

sigan. Cuando haya un mínimo de dos piezas posicionadas en el final de la cinta (la fibra óptica 3 ve la

segunda pieza), el freno 3 actuará dejando pasar la primera pieza hasta el freno 1, mientras aguanta la

segunda pieza mediante un tope mecánico. Cuando la primera pieza pase por delante de la fibra óptica 2, el

freno 3 dejará de actuar y se posicionarán más piezas. Una vez las piezas del pulmón vuelvan a estar

posicionadas, el freno 2 actuará para no dejar pasar más piezas hasta el freno 1. Al mismo tiempo, también

actuará el freno 3 dejando pasar otra pieza hasta el freno 2. Cuándo dicha pieza llegue a su posición, el freno

3 dejará de actuar, frenando las piezas del pulmón para que se vuelvan a posicionar.

Pasados 0.5 segundos, si las piezas están bien posicionadas, el PLC da una señal al robot para que éste coja

las dos piezas, y cuando el robot dé la señal de haber cogido las piezas, volverá a empezar de nuevo el ciclo.

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4. DISEÑO ELÉCTRICO

Para la realización del diseño eléctrico así como del mecánico, se han seguido las indicaciones del cliente.

Para poder hacer la estación móvil se ha fijado el cuadro de control de dimensiones reducidas a la estructura

de aluminio. En dicho cuadro se han ubicado la protección diferencial y térmica, el control (PLC Omron-

CP1E), los amplificadores de los sensores de fibra óptica, los relés de control, la fuente de alimentación

24Vcc, el enchufe de servicio y los bornes de conexiones externas necesarios para el correcto

funcionamiento del microtransportador.

Externamente, el cuadro eléctrico dispone de los siguientes elementos:

INTERRUPTOR GENERAL

El interruptor principal sirve para conectar y desconectar la alimentación de todo el sistema. Al desconectarlo,

el microtransportador queda completamente aislado de la tensión principal.

La estación dispone de un panel de comando formado por las siguientes partes:

PULSADOR DE INICIO DE MANIOBRA

Es el encargado de iniciar o parar el proceso automático. Activa los elementos de la estación. El piloto del

pulsador se mantiene iluminado con la maniobra activada y está parpadeando con la maniobra desactivada.

En caso de ser necesario, el proceso se reinicia desactivando y volviendo a activar el pulsador.

PULSADOR DE ENCLAVAMIENTO DE EMERGENCIA

La emergencia del panel de comando desconecta la alimentación del motor de la cinta, la presión neumática

y la maniobra de la estación.

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SELECTOR DE PIEZA A ANALIZAR

Este selector es el encargado de informar a la cámara del patrón que debe analizar. En la posición v00, la

cámara analiza la pieza grande, y en la posición v01 y v02 se analiza la pieza pequeña.

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4.1 PROGRAMACIÓN FQ

La programación de la cámara de visión artificial FQ-SN100N se ha realizado siguiendo los mismos pasos

que en las prácticas del proyecto didáctico. El primer paso que hemos realizado ha sido el enfoque y ajuste

de brillo del equipo para adquirir una imagen de inspección viable. Con los ajustes iniciales realizados vemos

que las piezas a inspeccionar se diferencian muy bien entre la cara “buena” y la cara “mala” (como se ve en

las siguientes imágenes). Se ha optado por utilizar la herramienta búsqueda poniendo como región modelo el

círculo interior de la pieza, reduciendo al máximo la región de búsqueda para conseguir un procesado de la

imagen lo más rápido posible. Como vemos en las imágenes el tiempo de procesado es de 107ms.

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Al tener dos tipos de piezas se han programado dos escenas: la escena 0 para la identificación de la

orientación de las piezas grandes, y la escena 1 para las pequeñas. En ninguna de las programaciones se ha

utilizado la compensación de posición puesto que las piezas siempre vienen sobre la microcinta y en la

misma posición. Tampoco hemos necesitado un ajuste de ángulo ya que todos los modelos de piezas son

redondos.

Programación escena 0, pieza grande cara “buena” y cara “mala”.

Programación escena 1: pieza pequeña cara “buena” y cara “mala”.

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Una vez realizada la programación comprobamos que funcione correctamente y empezamos a realizar

pruebas de funcionamiento en producción real.

Se nos presenta ahora un problema ya previsto. La señal de trigger o disparo es gestionada por una

fotocélula de fibra óptica que está a unos 12 mm de la zona de inspección. Después de realizar unas cuantas

pruebas ajustamos el retardo de disparo en 163ms, tiempo necesario para que la pieza llegue a la zona de

inspección una vez detectada por la fotocélula de fibra óptica.

Este mismo problema se presenta en el momento de realizar el descarte de piezas mal orientadas. Todos los

equipos de visión necesitan un tiempo de procesado que suele ser muy pequeño, pero en nuestra aplicación

es determinante, puesto que el cilindro de expulsión no está en el mismo punto de inspección. Por esta razón

hemos programado un delay de 56ms en la señal de juicio de la cámara para dar tiempo al cilindro a expulsar

las piezas mal orientadas.

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4.2 PROGRAMACIÓN PLC

Para la automatización de la estación del micro-transportador se ha utilizado un PLC de la marca Omron

(CP1E) de prestaciones medias, suficiente para controlar el proceso.

El programa se ha realizado en diagrama de contactos, creando un bloque de programa para cada zona de

funcionamiento con su correspondiente grafcet.

Vemos en el siguiente diagrama de flujo el funcionamiento de la estación y el control que realiza el PLC con la

información recibida por todos los periféricos (detectores, cámara de visión, robot…).

EN FUNCIONAMIENTO

INSPECCIÓN CÁMARA

NG

OK

EXPULSAMOS PIEZA DE NUEVO AL VIBRADOR

DOSIFICAMOS LAS PIEZAS

POSICIONAMOS LAS PIEZAS

ROBOT RECOGE PIEZAS

ROBOT HA COJIDO LAS PIEZAS

ROBOT ENTRA EN ESTADO DE ERROR

SI

NO

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4.3 PROGRAMACIÓN COGNEX

El programa de inspección con la cámara Cognex InSight-5000 como en la FQ dispone de dos escenas de

detección, una para la pieza 1 y otra para la pieza 2.

La inspección de la pieza 1 es una inspección de control de calidad de cotas. Esta pieza es totalmente plana

y es muy importante que no queden rebabas en los bordes ni en lo orificios después de su inyectado.

Debemos comprobar las cotas, perímetro y los diámetros de los orificios de fijación de la pieza.

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La inspección de la pieza 2, debido a su geometría, no es para comprobar cotas, sino que se realiza una

comprobación de inyección. Para detectar la falta de material se realiza una inspección en la zona más

alejada del punto de inyección del molde. En nuestro caso es la parte más pequeña de la pieza, por lo que

resulta probable esta falta de plástico si hay un mal funcionamiento de la inyectora.

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5. COMUNICACIÓN CON EL ROBOT/INYECTORA

Técnicamente nuestro microtransportador no se comunica con la inyectora, puesto que hay un elemento

intermedio que enlaza el microtransportador con la inyectora. Este elemento es el robot, que recoge las

piezas de la zona de recogida del microtransportador y las deposita en el molde de la inyectora. Así que la

comunicación del microtransportador sólo es con el robot. Esta comunicación es muy básica y es a nivel de

bit. Cuando tenemos piezas en la zona de recogida activamos un bit, que a la vez es una entrada digital del

robot, éste también se comunica con nosotros activando un bit que es cableado a una de las entradas de

PLC. Este bit se activa cuando el robot ha recogido las piezas de la zona de recogida y nos indica que

podemos servir más piezas.

6. VALORACIONES

Una vez finalizado el proyecto industrial se puede constatar que se han superado con méritos los objetivos

iniciales. Todos los participantes han quedado muy satisfechos, ya que la transferencia de conocimientos ha

sido bidireccional y todas las partes tienen la sensación de haber aprendido e intercambiado conocimientos

durante la ejecución del mismo.

Queremos destacar que la parte más importante de estos proyectos es la de hacer más fuertes los vínculos

entre la formación profesional y el tejido industrial de la zona. Esta colaboración hace que los estudiantes de

FP se beneficien de dos maneras: poder recibir una formación con ejemplos (de aplicaciones reales)

realizadas en empresas próximas, y obtener una incorporación al mundo laboral con más oportunidades.

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