manual.criterio.v0.0

Manual Criterio de Calidaddel sistema de

Inspeccin de Ctodos de Cobre

Elaborado por Aplikpara

Minera Escondida Limitadaversin 0.0

junio del 2004

IntroduccinPropsito

El 'Sistema de Inspeccin de Ctodos de Cobre' (SICC) instalado enMinera Escondida Limitada (MEL) es un equipo que inspecciona losctodos inmediatamente despus de pasar por la mquina despegadorade ctodos.

Los ctodos pasan de a pares. Para cada par de ctodos que pasan elsistema hace las siguientes tareas:

1. Captura la imagen de la cara rugosa de cada uno de los ctodos

2. Procesa y analiza las imgenes. Determina el grado de calidad de cadauno de los ctodos de acuerdo a un criterio matemtico.

3. Guarda las variables medidas y el grado de calidad determinado enuna base de datos.

4. Acta electrnicamente sobre el PLC de la mquina despegadora,dirigiendo al par de ctodos hacia la salida de calidad A o de calidad B.

Como se desprende de esta descripcin el equipo opera en formatotalmente autnoma. De hecho, es absolutamente innecesaria lasupervisin permanente sobre el equipo.

OperacinLa base de datos incluye una serie de servicios informticos para manejarel criterio de seleccin y visualizar la informacin almacenada.

Existen cinco tareas que es posible desempear con el sistema:

1. Visualizar la clasificacin actual junto con los datos del turno.

2. Visualizar datos, grficos e informes estadsticos.

3. Modificar los parmetros que determinan el criterio de calidad.

4. Administrar cuentas de usuarios del sistema.

5. Mantencin elctrica del equipo.! La tercera de las tareas de una altsima importancia. Elcriterio matemtico para determinar la calidad debe serestablecido por personal con las atribuciones ypreparacin de acuerdo a esta importancia. Este manualest especficamente orientado para la capacitacin dedicho personal.

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Slo pueden modificar los parmetros de calidad las personas a las quese les ha asignado una cuenta de usuario dentro del sistema con lasatribuciones respectivas.

De esta misma forma, el crear nuevas cuentas de usuario y cambiar lasatribuciones de los usuarios es una tarea que slo puede realizar unusuario administrador de sistema.

Finalmente la ltima tarea nombrada corresponde a la mantencinelctrica del sistema, la que es explicada en el manual de mantencin delsistema.


Tabla de contenidosIntroduccin............................................................................... 2

Propsito................................................................................ 2Operacin............................................................................... 2

La Tecnologa del SICC................................................................ 5Conceptos fundamentales......................................................... 5Identificacin y cuantificacin.................................................... 6Criterio de Calidad................................................................... 7

Clasificacin de ctodos............................................................... 9Mecanismo de clasificacin........................................................ 9

El Sistema Informtico............................................................... 11Conectividad......................................................................... 11Servicios de informacin......................................................... 12Acceso al los servicios Web...................................................... 13

Criterio de seleccin.................................................................. 15Acceso al criterio a configuracin.............................................. 15Procedimiento algortmico....................................................... 15Las variables y su significado................................................... 16Confiabilidad de las mediciones................................................ 22

Respuestas a las preguntas......................................................... 23

Tabla de FigurasFigura 1: Esquema conceptual del sistema...................................... 5Figura 2: Sistema de captura, procesamiento y clasificacin.............. 9Figura 3: Diagrama esquemtico del acceso al sistema informtico... 11Figura 4: Barra del browser mostrando la direccin del sistemainformtico............................................................................... 13Figura 5: Primera pantalla que se obtiene al contactar los serviciosweb......................................................................................... 14Figura 6: Primera pantalla que se obtiene una vez que se ha ingresadocorrectamente.......................................................................... 14Figura 7: Asignacin de colores segn rango de rugosidad...............16Figura 8: Dibujo de un ctodo con dos hoyos. Ntese que los hoyos seconsideran slo cuando estn completamente dentro del borde, eneste caso mostrado con lnea punteada......................................... 19Figura 9: Ejemplo de ctodo mostrando las lneas utilizadas para medirel ancho................................................................................... 20


La Tecnologa del SICCConceptos fundamentales

El Sistema de Inspeccin de Ctodos de Cobre (SICC) contempla varioselementos tecnolgicos.

En el ncleo se encuentra el sistema de captura, procesamiento y anlisisde imgenes. La siguiente imagen ilustra los elementos conceptuales msimportantes:

En el extremo izquierdo estn los ctodos que pasan frente a la cmara.Una vez que la imagen es capturada, se procesa y analiza. Esta etapatiene por finalidad identificar y cuantificar determinadas caractersticas.La medicin de cada una de estas caractersticas es una variable. Estasvariables se procesan por una frmula matemtica que arroja el grado decalidad del ctodo. Esta frmula matemtica es el criterio de calidad.

Los conceptos involucrados en esta descripcin son fundamentales paracomprender todo lo que resta del manual. Por ese motivo se profundizaren dos aspectos importantes: la 'identificacin y cuantificacin' y 'elcriterio de calidad'.


Figura 1: Esquema conceptual del sistema

Identificacin y cuantificacinUna persona que quiere determinar la calidad de un ctodo observandosu superficie, tendr que pasar ineludiblemente por medio de unaevaluacin de distintas caractersticas.

Por ejemplo, la calidad de un ctodo es distinta si tiene ms o menosndulos. Normalmente, debido a la experiencia, entrenamiento yhabilidad del inspector, l no recurre a contar y medir cada uno de losndulos, sino que de un vistazo estima si hay pocos o muchos ndulos.

Esta habilidad tan sorprendente del ser humano (tan sorprendente comola capacidad de reconocer una cara en una multitud) tambin tienealgunos problemas.

Uno de esos problemas es la falta de una cuantificacin precisa. Escierto que un ser humano es capaz de hacer una estimacin rpida, peroen general, diferenciar entre dos ctodos con similares cantidades dendulos es muy difcil. Los calificativos de una evaluacin son gruesospor ejemplo: muy pocos, pocos, algunos, varios, muchos,muchsimos.

El otro problema es la falta de repetibilidad. Una persona, usualmenteevala la misma situacin de manera distinta en das distintos o conestados de nimo distintos.

Esas dificultades se superan con un mecanismo de identificacin ymedicin objetivo, como el SICC.

Por ejemplo, se someter a anlisis el caso ilustrado por las siguientesimgenes.

A la izquierda se tiene parte de un ctodo real. Una caracterstica que seidentifica inmediatamente es la presencia de ndulos.

A la derecha se tiene la imagen procesada por un algoritmo identificadory cuantificador de ndulos.

Como se puede apreciar, el algoritmo ha identificado casi todos losndulos. Ha errado en alrededor del 4%.


A cada uno del los ndulos identificados, es decir un 96% del total dendulos reales, se les ha medido el radio.

Con estos datos, cantidad y tamao de cada uno de ellos, es posiblehacer mediciones precisas (e incluso con el tamao del error conocido) yrepetibles.

Por ejemplo es posible entregar el tamao promedio de los ndulos y sudesviacin estndar. Tambin es posible (y mucho ms interesante)determinar el rea total cubierta con ndulos.

Criterio de CalidadCon el conjunto de mediciones se tiene una caracterizacin de un ctodomuy til para determinar su calidad.

Caracterizacin es un concepto muy interesante y muy empleado. Porejemplo, supongamos que describimos a una persona. Existe un conjuntode caractersticas de consenso, tiles para describir una persona. Estastpicamente son: altura, color de pelo, color de ojos, peso, etc. Se asume,que si uno tiene una buena caracterizacin de una persona, basta parareconocerla, aunque uno jamas la haya visto antes.

De manera similar, la caracterizacin de un ctodo es un conjunto demediciones de distintas caractersticas que sirve para describirlo.

Esta caracterizacin se obtiene procesando y analizando la imagen delctodo.

Una vez que ha terminado el procesamiento y anlisis, el sistema ya nonecesita operar ms sobre la imagen, sino que los hace solo sobre elconjunto de mediciones.

El criterio, que es una funcin matemtica, opera sobre estas mediciones(que son nmeros, por eso tambin se llaman variables). Y el resultadode esta frmula, es el grado de calidad.

El estudio del criterio de calidad es materia de un captulo aparte (verCriterio de seleccin en pag. 15), no obstante se explicarn acontinuacin algunos elementos bsicos del criterio para comprenderaspectos prcticos de su aplicacin.

Para este ejemplo, se supondr que se miden solo dos caractersticas:rugosidad y sulfatacin. Estas caractersticas se designarn por lasvariables R y S.

Un criterio a implementar sera el siguiente:

Si R es mayor que Rumbral o S es mayor que Sumbral entonces el gradoes B, sino el grado es A.

Se puede observar que se introdujeron dos constantes: Rumbral y Sumbral.

Por ejemplo, si se tiene un ctodo con un par de mediciones (R,S) =(120,23) y los umbrales estn definidos Rumbral=93 y Sumbral=30, entonces


ese ctodo tiene grado B porque ha superado el umbral para la rugosidad(variable R). Tener en cuenta que no fue superado para la variablesulfatacin.

Por la forma en que est construido el criterio se puede concluir quebasta que una de las variables supere su propio umbral para que el gradodel ctodo baje de A a B.

Para asegurar que se ha entendido bien el funcionamiento del criterioconviene analizar las siguientes preguntas:

1. Si los umbrales se aumentan cul cantidad de ctodos aumentan, losdel tipo A o los del B?i

2. Si los umbrales disminuyen la suma total de A y B se mantieneconstante o vara?ii

3. Si ambos umbrales son cero de que grado sern todos los ctodos?iii

! Y el Ctodo Patrn?Usualmente, cuando se seleccionan objetos por uncriterio de calidad se tiene a pensar que existe unobjeto ideal o patrn y se compara con l. En este casoun ctodo patrn.

Pero, como se puede observar en el diagrama de lapgina 5, no existe tal comparacin con un ctodopatrn.

Lo que si existe es una comparacin de variables conumbrales. Uno podra suponer que un ctodo quetuviera las mediciones exactamente iguales a losumbrales sera el ctodo patrn, pero eso tampoco esas.

El conjunto de umbrales define una lnea que dividelos ctodos de grado A y B, no un nivel ideal.

Es decir, el sistema no emplea un ctodo patrn. Eseconcepto no existe en este esquema.


Clasificacin de ctodosMecanismo de clasificacin

Actualmente el sistema proceso de produccin de ctodos incluyen unmecanismo para conducir los ctodos hacia dos salidas distintas: unapara los de tipo A y otra para los de tipo B.

El sistema de procesamiento y anlisis se conecta a este mecanismo y deacuerdo al grado que determin el criterio se enva una seal.

Esquemticamente el sistema opera as:

Como se puede apreciar, el grado determina a cul salida se deriva elctodo.


Figura 2: Sistema de captura, procesamiento y clasificacin.

! En la mquina despegadora de ctodos de MineraEscondida Ltda., los ctodos nunca se manejan demanera separada, sino en pares de ctodosprovenientes de una misma placa madre de acero. Estoprovoca que al momento de clasificar cualquiera de losdos ctodos del par en la categora B, el sistemamecnico enve ambos a la salida de la categora B.


El Sistema InformticoConectividad

El sistema provee una serie de servicios informticos para interactuar conlos operadores u otros sistemas informticos.

El siguiente diagrama ilustra los elementos relacionados con laconectividad del sistema:

Como se desprende de la imagen, un usuario externo puede conectarsecon el sistema por medio de una red ethernet. Sin embargo, una redethernet es tan solo un medio de transporte de datos. Sobre este mediode transporte se pueden establecer distintos servicios. El sistema SICCtiene tres servicios de informacin instalados.


Figura 3: Diagrama esquemtico del acceso al sistema informtico.

Servicios de informacinEl SICC tiene tres servicios de informacin. Cada uno de ellos con unafinalidad especfica. Un resumen de cada uno de ellos se presenta en lasiguiente tabla:

Protocolos aceptados por el subsistema informtico

Servicio Ejemplo deprograma cliente

Uso

Servidor Web Explorador de Internetde Microsoft.

Ver informes decantidades de ctodosprocesados, cambio deumbrales, etc.

Interface SQL Programa hecho apedido en C++, Java,Visual Basic, Delphi oPerl.

Exportar datos a otrasbases como ORACLE,DB2, SQLServer osistemas administrativoscomo SAP o BAAN.

SSH Putty Ejecucin de comandosdirectamente al sistemaoperativo del servidor.Tambin permite saltarpor el sistema y llegarhasta el sistema devisin.

Como se puede apreciar, la naturaleza de cada uno de los servicios esmuy diferente y con propsitos muy distintos.

El uso tpico y normal debe ser hecho por medio del servidor web.

Se informa de la existencia de los otros protocolos para tenerlo en cuentaen usos especiales o en caso de planificar una integracin con otrossistemas informticos.


Acceso al los servicios WebComo se vio en la seccin anterior, las tareas de operacin del SICC serealizan a travs de servicios implementados por medio de un servidorweb.

El sistema informtico se ubica fsicamente dentro del gabinete principaldel SICC, en un computador especialmente habilitado para esta tarea.

Para poder acceder al sistema informtico, el operador debe utilizar unbrowser de internet, por ejemplo Mozilla o Internet Explorer.

En la barra de direcciones del navegador es necesario especificar ladireccin del sistema informtico, la que se puede modificar segn laconfiguracin especificada por el cliente. En este manual la direccinmostrada ser la direccin por omisin: 192.168.0.100

La primera pantalla que se obtiene corresponde a la de la figura de lapgina 14.

El primer aspecto evidente es la necesidad de una cuenta se usuario yclave de acceso. La creacin de cuentas de usuario es tarea deladministrador de informtico del sistema. Las tareas del administrador seexplican en un manual aparte.

En lo que resta de este manual, se asumir que el operador tiene unacuenta de usuario.

En la figura 5 se muestra la pantalla de acceso, en la que se debeingresar el nombre del usuario y la clave.

Una vez que el usuario a ingresado correctamente su nombre y clave, ala primera pantalla que accede se muestra en la figura 6. Esta pantallapuede variar de aspecto segn los privilegios asignados al usuario.


Figura 4: Barra del browser mostrando la direccin delsistema informtico.


Figura 5: Primera pantalla que se obtiene al contactar losservicios web.

Figura 6: Primera pantalla que se obtiene una vez que se haingresado correctamente.

Criterio de seleccinAcceso al criterio a configuracin

La modificacin y visualizacin del criterio de seleccin se debe hacer pormedio del servicio web del SICC.

Un usuario, con los permisos de acceso respectivos, llega a laconfiguracin del criterio de calidad por medio de la siguiente secuenciade hipervnculos:

login -> clasificacion

Procedimiento algortmicoEl procedimiento algortmico que implementa el criterio de calidad seexplica por medio del siguiente pseudocdigo:

i=0gradoCatodo='A'while(iumbralVariable[i])) { gradoCatodo='B' }} El grado del ctodo se inicializa en 'A' y basta que una de las variablessupere el umbral para que el ctodo sea degradado a 'B'.

En el algoritmo se ve como el sistema recorre cada una de las variables.


Las variables y su significadoEl SICC ha sido diseado con un propsito general, es decir para abordardistintas condiciones de inspeccin de ctodos de cobre. Por eso motivo,incluye la inspeccin de la cara rugosa y la cara lisa.

En el caso particular de la instalacin de MEL a la salida de ladespegadora de ctodos, solo se inspecciona la cara rugosa.

Por ese motivo, todas las caractersticas inspeccionadas correspondenexclusivamente a la cara rugosa.

Rugosidad La rugosidad corresponde a una textura en relieve, que parece unconjunto de porotos apiados sobre un rea.

Esta textura puede tener una amplitud muy pequea (en tal caso lasuperficie sera casi lisa) o grande (es decir algunas partes sonprotuberantes). En el mismo ctodo pueden haber zonas con pequea yalta rugosidad.

Luego, en estricto rigor, no existe un valor de nico de rugosidad, sinoque la rugosidad tiene una amplitud particular para cada punto delctodo.

En la siguiente ilustracin se muestra como el sistema asign un colordiferente a distintos rangos de rugosidad:

A la rugosidad baja no se le ha asignado color alguno, as que semantiene con la apariencia de la imagen original.

Se ha asignado verde al primer nivel de rugosidad (rango 600-700), azulpara el siguiente nivel (rango 700-800) y rojo para cualquier valor derugosidad superior (sobre 800).

Esta forma de asignar colores a distintos rangos de rugosidad es similar a


Figura 7: Asignacin de colores segn rango de rugosidad.

la asignacin de cotas de nivel en un plano geogrfico. Un cerro se vecomo una serie de zonas incluidas una dentro de otra y la cima se veusualmente como la zona ms interna de todas las otras reas.

El sistema para sintetizar los datos de rugosidad mide las reas cubiertaspor distintas cotas de rugosidad. De este modo se tiene un conjuntoreducido de nmeros, por ejemplo, una tabla como la siguiente:

id. Rango Rango de rugosidad rea cubierta [mm2]

1 0 - 300 211

2 300 - 450 3.124

3 450 - 600 7.834

4 600 - 750 15.734

5 750 - 900 2.456

6 sobre 900 890

Como se ve en la tabla, a cada rango de rugosidad se le ha asignado unidentificador, o simplemente id.. As es posible decir por ejemplo elvalor de R3 es 7.834. Esta forma de sintetizar la rugosidad es muyprctica, pues rene en un mismo nmero amplitud y rea.

Comprobando experimentalmente, es muy extrao que un ctodo tengaun valor alto en R4 y cero en todos los otros valores. El conjunto devalores Rn se comportan de acuerdo a una curva de distribucin.

Por ese motivo, es perfectamente vlido y prctico emplear solo uno odos valores de los Rn en el criterio. Por ejemplo, se puede incorporar alcriterio R4 y R6, y no tomar en cuenta los otros valores.

Luego un ctodo se degrada a 'B' si R4>R4umbral o R6>R6umbral.

Unidad de 'Rn de rugosidad': [mm2].


NdulosLos ndulos son protuberancias similares a un poroto. A diferencia de larugosidad, no constituyen una textura, sino que son estructurasindividuales aisladas.

En la siguiente imagen, se ilustra la identificacin y medida de ndulos:

Es posible entregar una serie de medidas del conjunto de ndulosidentificados y medidos. Por ejemplo, es posible emplear el rea cubiertapor todos los ndulos, o tambin el nmero total de ndulos (sinimportar el tamao de cada uno de ellos), etc.

Pero, experimentalmente se ha descubierto que el conjunto de tamaosde ndulos de un ctodo tambin obedecen a una curva de distribucin.Por ese motivo es til clasificarlos, asignando una frecuencia segntamao. Una clasificacin tpica se muestra en la siguiente tabla:

id. Rango Rango de Radio [mm] rea cubierta [mm2]

1 2 - 3 981

2 3 - 4 1.022

3 4 - 5 1.739

4 6 - 7 2.973

5 7 - 8 3.450

6 8 - 9 1.812

7 9 10 781

8 superior a 10 98


Por razones similares a las de los valores elegidos para la rugosidad, eneste caso tambin es apropiado tomar solo un par de valores, porejemplo N4 y N6 para tener un par de variables representativas de losndulos.

Unidad de 'Nn ndulos': [mm2].

HoyosLos hoyos son completa carencia de material dentro de los bordes de unctodo. En la imagen se ve un ctodo (no muy cuadrado) y algunoshoyos dentro de los bordes.

El valor de esta caracterstica es el rea total de los hoyos o el rea totalde material carente dentro de los bordes del ctodo.

Unidad de 'hoyos': [mm2].

FormaSe espera que el ctodo tenga una forma cuadrada de 1x1 [m].

Para generar variables representativas de la forma se buscan las mejoresrectas verticales que se ajustan a los bordes izquierdo y derecho delctodo. Luego se mide la distancia entre ellas. Esta distancia es unamedida del ancho del ctodo real. A medida de ancho se le resta 1[m]. Elvalor absoluto de esa diferencia es la variable 'difAncho'.


Figura 8: Dibujo de un ctodo con dos hoyos. Ntese que los hoyos seconsideran slo cuando estn completamente dentro del borde, en este

caso mostrado con lnea punteada.

Esta variable tiene algunas ventajas interesantes. En primer lugar essiempre positiva. Al igual que las otras variables, si es mayor, es peor. Esdecir, un valor de 'difAncho' igual a cero significa que el ancho es elcorrecto.

De igual manera, 'difAlto' es una medida de la diferencia entre el altoesperado de un ctodo y el alto real.

Unidad de 'difAncho' y 'difAlto': [mm].


Figura 9: Ejemplo de ctodo mostrando las lneas utilizadas para medirel ancho.

Ancho

Manchas oscurasPor manchas oscuras se denomina a cualquier mancha parecida al colornegro. Podra ser plomo, aceite u otro residuo qumico.

En la siguiente imagen se muestra como el sistema identifica algunasmanchas oscuras en un ctodo:

Las manchas oscuras identificadas son marcadas con color blanco.

Es interesante observar que el sistema no marca todas las manchas queefectivamente una persona identifica a simple vista. El algoritmoidentific alrededor del 70% de la zona manchada.

Este algoritmo opera de esta manera porque si se hiciera ms agresivoterminara marcando incluso la sombra que se forma en los valles de larugosidad.

Que el sistema identifique solo parte de las manchas oscuras no esproblema, la medicin igualmente es un muy buen estimador de lacaracterstica buscada. Y como en el caso de las otras variables, a mayorvalor, peor es la calidad del ctodo.

Unidad de 'manchas Oscuras': [mm2].


Confiabilidad de las mediciones

RepetibilidadUna de las caractersticas ms destacadas del sistema es su repetibilidadcon las mediciones.

Pruebas que se han hecho con los mismos ctodos ispeccionados variasveces y en varios dias distintos, han entregado una repetibilidad delorden del 2%.

Estas mediciones se han hecho tomando en cuenta las variables ndulosy rugosidad.

CondicionesEs muy importante tener en cuenta bajo qu condiciones el sistemaentrega mediciones confiables. Estas condiciones son de tipo tan variadocomo la iluminacin, las vibraciones o el polvo en suspensin.

No obstante, los algoritmos se han diseado de manera que seanbastante insensibles a un amplio rango de variabilidad de estascondiciones.

Por ejemplo, se considerar la iluminacin. Si la luz es demasiadointensa, tanto as como para saturar la cmara, nada ser posible medir.Si la luz es demasiado tenue, la imagen ser muy oscura y tampoco serposible medir algo.

Pero entre esos dos extremos existe un amplio rango para la intensidadde luz, y todas las mediciones en ese rango son perfectamente vlidas.Tanto es as, que el sistema puede opear incluso con una de las ochoampolletas apagadas sin impacto significativo en el valor de las variables.


Respuestas a las preguntasi Los del tipo A. Si el umbral es ms alto, la caracterstica medida deber ser ms

alta para que haya rechazo. Si las caractersticas tienen valores tpicos entre 20 y300 y se ponen los umbrales por sobre 1000, es muy difcil que algn ctodo seadel tipo B.

De todas maneras esta respuesta incluye una suposicin: que el valor de unavariable es peor si su valor es mayor. Y efectivamente es as. Por ejemplo, unavariable de sulfatacin es peor si su valor es mayor, significa que el ctodo estms sulfatado. Todas las variables del sistema tienen esta regla: si es mayor, espeor.

ii Se mantiene constante. Se puede pensar que el sistema recibe un flujo de ctodosy tiene por salida otro flujo de ctodos. El sistema le pone una etiqueta, A o B, acada uno de los ctodos del flujo de entrada y lo manda a la salida.Independientemente de como se rotulen, el flujo de entrada y de salida soniguales.

iii Todos los ctodos seran de grado B pues todas las mediciones seran mayoresque los umbrales. La nica excepcin sera el raro y extrao caso de un ctodocon todas sus variables iguales a cero.

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