Aplicación práctica de la visión artificial en el control de procesos industriales

Transcripción

1 Aplicación práctica de la visión artificial en el control de procesos industriales Memoria proyecto industrial Fecha: Septiembre

2 ÍNDICE 1. OBJETIVOS DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO INDUSTRIAL DISEÑO MECÁNICO FUNCIONAMIENTO DE LA ZONA DE DOSIFICADO/EXPULSIÓN FUNCIONAMIENTO DE LA ZONA DE POSICIONADO DISEÑO ELÉCTRICO PROGRAMACIÓN FQ PROGRAMACIÓN PLC PROGRAMACIÓN COGNEX COMUNICACIÓN CON EL ROBOT/INYECTORA VALORACIONES

3 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 pequeña Pieza inyectada 1 Pieza inyectada 2 3

4 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 recogida Zona de inspección Zona de dosificación Zona de posicionado 4

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

6 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. 6

7 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. 7

8 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. 8

9 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. 9

10 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. 10

11 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. 11

12 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 EXPULSAMOS PIEZA DE NUEVO AL VIBRADOR OK DOSIFICAMOS LAS PIEZAS POSICIONAMOS LAS PIEZAS ROBOT RECOGE PIEZAS ROBOT HA COJIDO LAS PIEZAS SI NO ROBOT ENTRA EN ESTADO DE ERROR 12

13 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. 13

14 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. 14

15 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. 15