DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA INSPECCIONADORA CON SISTEMA DE VISIÓN ARTIFICIAL PARA VAINILLA CALIBRE 5.56mm

LUIS ANDRÉS MONTENEGRO ARANGO

luiss83@hotmail.com CARLOS ALBERTO VANEGAS BUENO

carlosalbertovanegas@hotmail.com JUAN CARLOS GAMBA FONSECA

Jcgf25@gmail.com

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE MECATRÓNICA

BOGOTÁ D. C. 2009

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA INSPECCIONADORA CON S ISTEMA DE VISIÓN ARTIFICIAL PARA VAINILLA CALIBRE 5.56mm

LUIS ANDRÉS MONTENEGRO ARANGO CARLOS ALBERTO VANEGAS BUENO

JUANCARLOS GAMBA FONSECA

Proyecto de grado como requisito para optar al título de Ingeniero Mecatrónico.

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE MECATRÓNICA

BOGOTÁ D. C. 2009

Nota de Aceptación:

_______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________

______________________________ FIRMA DEL ASESOR

_______________________________

FIRMA DEL JURADO

_______________________________ FIRMA DEL JURADO

BOGOTÁ D.C. ______, ______________ de 2009

Quiero agradecer a mis padres que me apoyaron en cada una de las decisiones que tomé, las cuales me encaminaron a elegir esta carrera y siempre estuvieron dispuestos en ayudarme en mi proceso de formación académica; a mis hermanos que me acompañaron en los últimos años, a la memoria de mi abuela Rosa Lía Bellucci que además de ser una abuela fue mi confidente y amiga más sincera, a dos personas que llegaron a mi vida; mi esposa Sara que se convirtió en mi compañera y más grande apoyo y a mi hermosa hija Mariana la cual Dios nos envió para bendecir nuestra familia, curar el vacio de las pérdidas de nuestros seres queridos y enseñarnos que la vida siempre alcanza un punto de equilibrio, por último quiero agradecerle a mis compañeros, todos los docentes que compartieron su conocimiento para mi desarrollo profesional y humano.

Carlos Alberto

Este trabajo de grado se lo dedico a mis padres por brindarme su apoyo y confianza durante el desarrollo de mi carrera a mis familiares, amigos de Indumil porque gracias a su interés y sabiduría hicieron posible que creciera como persona y me desenvolviera como profesional, especialmente a mi madre y a mi tía Yolanda por su esfuerzo, comprensión y cariño que me empujan a esforzarme y dar lo mejor de mí.

Juan Carlos

Gracias a dios por darme salud y vida durante este camino, a mi madre que me apoyo todos estos años, por su infinito amor, cariño y comprensión, por acompañarme en los buenos y malos momentos. Gracias a “chavita” por sus cuidados y por ser como mi segunda madre, a mi abuela por sus consejos y por haberme ayudado en los momentos difíciles, a mi familia a mis compañeros de tesis y gracias a mis dos ángeles, mi padre y mi abuelo, que desde el cielo me apoyaron y sé que están orgullosos de esta etapa que culmina.

Luis Andrés

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a: Ingeniero Baldomero Méndez, director de programa de ingeniería Mecatrónica, por su constante apoyo durante toda la carrera y por su colaboración para el desarrollo del proyecto. Grupo de docentes del programa de Ingeniería Mecatrónica de la Universidad de San Buenaventura por brindarnos sus conocimientos los cuales nos permitieron desarrollar este proyecto. Fray Fernando Garzón, Padre Rector Máximo de la Comunidad Franciscana, y a Fray Wilson Téllez, Padre Rector de la Universidad de San Buenaventura Bogotá por ser los pilares de esta institución y generar siempre un espíritu de pertenencia hacia la universidad. Ingeniero Cesar Fernández, subgerente técnico de Indumil, por su colaboración y su continuo ánimo durante el desarrollo del proyecto. Ingeniero Manuel Betancourt profesional subgerencia técnica, por su apoyo durante el desarrollo del proyecto. Ingeniero Jaime Samhan jefe de la división de Investigación y Desarrollo tecnológico de la Industria Militar por su apoyo y confianza en el desarrollo del proyecto. Industria Militar de Colombia, por su apoyo y colaboración en el desarrollo del proyecto.

CONTENIDO

pag

INTRODUCCIÓN 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 22 1.1 ANTECEDENTES 22

1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 24 1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 25 1.4 JUSTIFICACIÓN 25

1.5 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 26

1.5.1 Objetivo General 26

1.5.2 Objetivos específicos 26

1.6 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 26

1.6.1 Alcances 26

1.6.2 Limitaciones 27 2. MARCO DE REFERENCIA 28

2.1.1 El cartucho 28

2.1.2 La vainilla 28

2.1.2.1 Clasificación de las vainillas 29

2.1.3 El proyectil 31

2.1.4 Clasificación de las balas 32

2.1.5 Clasificación a los efectos que producen 34

2.1.6 Lacado de vainillas 36

2.1.6.1 Lacado superior 37

2.1.6.2 Lacado inferior 37

2.1.7 Superficie 38

2.2 MARCO TEÓRICO 39

2.2.1 Percepción humana 39

2.2.2 Representación de la realidad 43

2.2.3 Etapas de un sistema de visión artificial 44

2.2.4 Cámaras de visión artificial 45

2.3 CÁMARAS DE VISIÓN ARTIFICIAL EN Colombia 45

2.3.1 Firma Sensomatic 46

2.3.2 Firma Colsein 50

2.3.3 Firma Festo 51

2.3.4 Firma Multicontrol 53

2.3.5 Accesorios cámaras DVT 54

2.4 ILUMINACION DE LOS SISTEMAS DE VISION ARTIFICIAL 56

2.4.1 Fundamentos de iluminación 56

2.5 ACTUADORES 62

2.5.1 PLC 63

2.6 MARCO LEGAL 64

3.0 METODOLOGIA 65

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN 65

3.2 LÍNEA DE LA INVESTIGACIÓN 65

3.3 HIPOTESIS 65

3.3.1 Variables independientes 65

3.3.2 Variables dependientes 65

4 DESARROLLO INGENIERIL 66

4.1 SISTEMAS DE VISIÓN ARTIFICIAL 66 4.1.1 INSPECCIÓN LACADO SUPERIOR 66 4.1.1.1 Inspección realizada con cámara IFM Electronic 66

4.1.1.2 Inspección realizada con cámara COGNEX 67

4.1.2 INSPECCION LACADO INFERIOR. 71 4.1.2.1 Inspección lacado inferior con cámara IFM Electronic 71

4.1.2.2 Inspección lacado inferior con cámara Cognex 72

4.1.3 INSPECCIÓN SUPERFICIE DE LA VAINILLA 73 4.1.3.1 Inspección superficie con cámara IFM Electronic 74

4.1.3.2 Programa en MATLAB para la simulación de inspección de la superficie de la vainilla. 74

4.1.3.3 Inspección superficie con cámara Cognex 78

4.1.4 PROGRAMA. 81 4.2 SELECCIÓN DEL DISEÑO DE LA MÁQUINA. 92

4.2.1 Alternativa No.1 93

4.2.2 Alternativa No.2 94

4.2.3 Alternativa No.3 95

4.2.4 Selección propuesta del diseño. 96

4.3 DOSIFICADO DE LA VAINILLA. 97 4.4 SISTEMA DE TRANSLACIÓN 100 4.4.1 Rodamiento 105 4.5 SISTEMA DE INSPECCIÓN 107 4.5.1RESORTES DEL SISTEMA DE FIJACIÓN DE VAINILLAS 116 4.5.2 ACTUADORES 120 4.6 SISTEMA DE CONTROL 121

4.7 CONTROL 127 4.7.1 ENTRADAS 127 4.7.2 SALIDAS 127 4.7.3 MOTORES 127 4.7.4 SENSORES DE POSICIÓN 128 4.7.5 PLC 128 4.7.6 Diagrama de conexión neumática realizada en FLUIDSIM 129

4.7.7 DIAGRAMA DE FLUJO 130

5. Construcción. 132 5.1 Dispositivo de transporte de vainillas 132

5.2 Dispositivo de riel de la vainilla 133

5.3Rodadura de la vainilla 134

5.4 Mesa 136

5.5Soporte Mesa 137

5.6Soporte rodillos 139

5.7Accesorio cámara Linescan 140

5.8Accesorio cámara boca 141

5.9Accesorio cámara fulminante 143

5.10Accesorio motor abajo 144

5.11Sistema de selección de vainillas 145

5.12SOPORTE MOTOR 146

5.13 Tablero de Control 148

6. PRESUPUESTO 150

LISTA DE FIGURAS

PAG

Figura 1. Máquina inspeccionadora de vainillas 22

Figura 2. Sistema de transporte y selección 23

Figura 3. Mecanismos Cruz de Malta 23

Figura 4. Inspección del operario. 24

Figura 5. Diferentes del cartuchos 28

Figura 6. Partes de vainilla 29

Figura 7. Vainillas con y sin yunque 30

Figura 8. Diferentes vainillas según su geometría 31

Figura 9. Partes del proyectil 32

Figura 10. Clasificación del proyectil según geometría. 33

Figura 11. Clasificación según la forma de la base 33

Figura 12. Clasificación según la forma de la punta 34

Figura 13. Proyectil perforante 35

Figura 14. Proyectil trazadora 35

Figura 15. Proyectil incendiaria 36

Figura 16. Lacado superior de vainilla. 37

Figura 17. Lacado superior correcto e incorrecto. 37

Figura 18. Lacado inferior de vainilla. 38

Figura 19. Superficie de la vainilla 38

Figura 20. Superficie de vainilla. Izquierda correcta. Derecha rechazada 39

Figura 21. Sección del ojo humano y visión esquemática de las células

fotorreceptoras 40

Figura 22. La línea A representa la relación entre el brillo distinguido

por el ojo humano y el nivel de brillo real 41

Figura 23. Espectro electromagnético. 42

Figura 24. La imagen plana (2D). 43

Figura 25. Diagrama de bloques de las etapas típicas en un sistema de visión

artificial 45

Figura 26. Cámara de IFM 47

Figura 27. Cámara con Sensor de 3D 48

Figura 28. Aplicaciones del sensor 3D 49

Figura 29. Cámara de Colsein 50

Figura 30. Inspección rápida de logotipos 51

Figura 31. Cámara Festo 52

Figura 32. Sistema de visión instalado para realizar control dimensional

de piezas 53

Figura 33. Sistemas de visión DVT de uso general 53

Figura 34 iluminaciones para cámaras DVT 54

Figura 35. Lentes para cámaras de visión artificial. 55

Figura 36. Modulo I/O 55

Figura 37. Fundamentos de iluminación 56

Figura 38. Reflexión Difusa y Reflexión Especular 58

Figura 39. Iluminación posterior difusa e iluminación posterior direccional 59

Figura 40. Modelos disponibles de backlight 59

Figura 41. Iluminación Frontal Oblicua e imagen Iluminación

Frontal Direccional 60

Figura 42. Modelos comerciales disponibles 61

Figura 43. Iluminación Frontal Axial 62

Figura 44. Iluminación axial 62

Figura 45. Actuadores neumáticos 63

Figura 46. Tipos de PLC 64

Figura 47. Prueba de lacado de boca de la vainilla con Sensomatic. 67

Figura 48. Distancias y ubicación para la inspección de lacado de

boca cámara Cognex. 68

Figura 49. Prueba de boca de la vainilla. 68

Figura 50. Prueba del lacado de boca de la vainilla con Intellect 1.5. 69

Figura 51. Selección del área de inspección para lacado superior 70

Figura 52. Análisis Lacado correcto e incorrecto por la cámara Cognex 70

Figura 53. Inspección en LABVIEW. 71

Figura 54. Pruebas del lacado inferior cámara IFM 02D222. 72

Figura 55. Inspección lacado inferior cámara COGNEX 72

Figura 56. Distancia y ubicación para inspección lacado inferior. 73

Figura 57. Inspección superficie cámara IFM Electronic. 74

Figura 58. Base para simulación 75

Figura 59. Calibración vainilla. 76

Figura 60. Captura de foto 76

Figura 61. Superficie expandida 77

Figura 62. Diagnostico de la superficie de la vainilla 77

Figura 63. Superficie de vainilla en buen estado 78

Figura 64.Sistema linescan 79

Figura 65. Imágenes pruebas linescan 80

Figura 66. Inspección de la superficie 80

Figura 67 software intellect 1.5 81

Figura 68. Conexión de la cámara con el programa 83

Figura 69. Configuración de entradas y salidas digitales 84

Figura. 70 vainilla con defectos en el contorno. 85

Figura 71. Contorno de la vainilla 86

Figura 72. Calibración para el área de medición. 87

Figura 73. calibacion de la region de la imagen a inspeccionar 88

Figura 74. limites superior e inferior 89

Figura 75 Gráfico de aceptada o rechazada 91

Figura 76. Histograma de la imagen 91

Figura 77. Alternativa No.1 93

Figura 78. Alternativa No.2 94

Figura 79. Alternativa No. 3 96

Figura 80. Acople de la máquina. 97

Figura 81.Fotografía de la parte lateral de la máquina para la

distribución de la vainilla. 98

Figura 82. Imagen de fuerzas ejercidas por la vainilla 99

Figura 83. Plato trasportador de vainillas 101

Figura 84. Gráfica del perfil de velocidad del motor. 103

Figura 85 Sistema de rodamiento del eje 105

Figura 86. Sistema de inspección del contorno de la vainilla. 108

Figura 87 Sistema de fijación de las vainillas 109

Figura 88. Diagrama de mecanismo de sujeción 110

Figura 89 Dibujo del corcho y la vainilla 111

Figura 90 distintos corchos utilizados 112

Figura 91. Grafica del perfil de velocidad del motor. 114

Figura 92. Actuadores de selección. 121

Figura 93 controlador lógico programable. 129

Figura 94. Modelo isométrico de la máquina de inspección de vainilla 132

figura 95. Modelo real isométrico de la máquina de inspección de vainilla 132

Figura 96. Dispositivo de trasporte de vainillas 133

Figura 97. Plato transportador 133

Figura 98 Dispositivo de riel de la vainilla. 134

Figura 99 Dispositivo real de riel de la vainilla. 134

Figura 100. Rodadura de la vainilla. 135

Figura 101. Rodadura real de la vainilla. 136

Figura 102. Modelo de la Mesa. 136

Figura 103. Mesa construida. 137

Figura 104. Modelo del soporte Mesa. 137

Figura 105. Soporte Mesa construida. 138

Figura 106 Simulación de deformación 139

Figura 107. Modelo del Soporte rodillos. 140

Figura 108. Modelo del Soporte rodillos construidos. 140

Figura 109. Accesorio cámara Linescan. 141

Figura 110. Modelo Accesorio cámara Linescan construido. 141

Figura 111. Accesorio cámara boca. 142

Figura 112. Modelo Accesorio cámara boca construido. 143

Figura 113. Modelo Accesorio cámara fulminante 143

Figura 114. Modelo Accesorio cámara fulminante construido 144

Figura 115. Modelo Accesorio motor abajo. 144

Figura 116. Modelo Accesorio motor abajo construido. 145

Figura 117 Sistema de selección de vainillas. 145

Figura 118 Sistema de selección de vainillas construido. 146

Figura 119. Modelo Soporte Motor. 146

Figura 120. Modelo Soporte Motor Construido. 147

Figura 121 Simulación en Ansys del soporte. 148

Figura 122 Tablero de control. 148

Figura 123. Modelo tablero de control Construido. 149

LISTA TABLAS

Tabla 1. Empresas que suministran tecnología en visión artificial 46

Tabla 2. Características técnicas de la cámara 47

Tabla 3. Características técnicas. 52

Tabla 4. Selección propuesta del diseño. 96

Tabla 5. Iteraciones de coeficiente y ángulo para hallar posición 99

Tabla 6. Tabla de aceleración y desaceleración del motor: 102

Tabla 7. Tabla de aceleración y desaceleración del motor: 115

Tabla 8 Posiciones de los resortes de torsión 117

Tabla 9 Características de los resortes de torsión a diferentes Diámetros de

alambre

Tabla 10 Presupuesto

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LISTA DE ANEXOS

ANEXO A. PROGRAMAS EN MATLAB ANEXO B. COMPONENTES NEUMATICOS ANEXO C. PROGRAMA MATLAB VISIÓN VAINILLAS ANEXO D. FICHA TECNICA PLC ANEXO E. FICHAS TECNICAS VALVULAS SB1 – CILINDROS M D 8 ANEXO F. ESPECIFICACION TECNICA CÁMARA IFM 02D222. ANEXO G. ESPECIFICACION TECNICA CAMRA IFM 03D200 ANEXO H. ESPECIFICACION TECNICA CÁMARA SICK ANEXO I. ESPECIFICACION TECNICA CÁMARAS DVT ANEXO J. ANALISIS ESTRUCTURAL DEL SOPORTE DE LA ME SA. ANALISIS ESTRUCTURAL DE LA BASE AL SERVOMOTOR ANEXO K. PLANOS

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GLOSARIO

PLC: Los PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en inglés) o

Controlador de logica programable, son dispositivos electrónicos muy usados en

Automatización Industrial.

TOLVA: Se denomina tolva a un dispositivo destinado a depósito y canalización de materiales granulares o pulverizados. En muchos casos, se monta sobre un chasis que permite el transporte.

PROYECTIL: Un proyectil es un cuerpo arrojadizo, generalmente lanzado con un arma.

NEUMATICA: La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y por tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresión y devolverá la energía acumulada cuando se le permita expandirse, según la ley de los gases ideales

CALIBRE (ARMAS DE FUEGO): El calibre es el diámetro interno del cañón de un arma de fuego.

BALA: Munición, proyectil de forma variable, de fabricación metálica generalmente que disparan las armas de fuego;

BLINDAJE: El término blindaje se refiere a barreras físicas de protección, utilizadas en sistemas de transporte y/ó combate para reducir o evitar el daño causado por el fuego enemigo.

OBTURADOR: es el dispositivo que controla el tiempo durante el que llega la luz al elemento sensible (película o sensor). Junto con la abertura del diafragma, la velocidad de obturación es el principal dispositivo para controlar la cantidad de luz que llega al elemento fotosensible

TRIGGER: Un trigger (o disparador) en una Base de datos , es un procedimiento que se ejecuta cuando se cumple una condición establecida al realizar una operación de inserción (INSERT), actualización (UPDATE) o borrado (DELETE).

FOCO: Un foco es un elemento óptico destinado a proyectar la luz de una lámpara hacia una región concreta

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TORQUE: En mecánica newtoniana, se denomina momento de fuerza, torque, torca, o par (o sencillamente momento) [respecto a un punto fijado B] a la magnitud que viene dada por el producto vectorial de una fuerza por un vector director (también llamado radio vector). Si se denomina F a una fuerza, aplicada en un punto A, su momento respecto a otro punto B viene dado por:

PWM: Un modulador por ancho de pulso (PWM) es un dispositivo que puede usarse como un eficiente dimmer de luz o para controlar la velocidad en motores DC

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RESUMEN El siguiente proyecto plantea el diseño y construcción de una inspeccionadora con sistema de visión artificial para vainilla calibre 5.56mm, enmarcado en una necesidad planteada por la Industria Militar de Colombia (Indumil). En este proyecto se hace una propuesta para la inspección de vainillas calibre 5.56 mm en donde se revisará el lacado superior, inferior y una superficie libre de ralladuras y abolladuras. Para ello se plantea una inspección por medio de visión artificial como una solución apta a la necesidad planteada. Se hace referencia a la importancia que tienen las cámaras de visión artificial como componente fundamental para el funcionamiento de la inspeccionadora, también un análisis teórico-práctico de los elementos que van a componer dicha máquina. Del mismo modo se realiza un completo desarrollo de selección de los diferentes elementos que componen una inspeccionadora de vainillas calibre 5.56mm, siendo el más importante la selección de las cámaras de visión artificial valorando su facilidad de adquisición y el reemplazo de sus piezas

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INTRODUCCIÓN Para la industria, la calidad es uno de los factores más importantes en el desarrollo de sus productos logrando así tener una competitividad alta en el mercado. Uno de los controles de calidad que se hacen en la Industria Militar es la inspección de las vainillas, proceso que se realiza para dar cumplimiento con los estándares de calidad que las empresas (en este caso INDUMIL) demandan. El proyecto que se presenta, tiene como objetivo plantear una solución para realizar un control de calidad haciendo de este, un proceso sencillo y económico en cuanto a la selección de las vainillas de acuerdo a su lacado. Los procesos de control de calidad exigen una constante inspección; proceso que anteriormente era realizado por operarios que no garantizaban un excelente control, pero gracias a ingenierías como la Mecatrónica y a su continuo desarrollo tecnológico hacen que hoy en día a través de la tecnología estos procesos de control de calidad se vuelvan 100% confiables. Para este proyecto se emplean diferentes elementos que la Ingeniería Mecatrónica brinda para el desarrollo tecnológico, como el diseño de sistemas de sensado, diseño mecánico y de inspección que usan el desarrollo de visión artificial y el control de procesos a través de elementos modernos tales como el PLC. La solución ingenieril planteada propone el diseño y simulación de una máquina automatizada con características industriales apta para el trabajo de selección de vainillas de acuerdo a su lacado y a su superficie garantizando la calidad del producto al finalizar su fabricación.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.5 ANTECEDENTES

En el mundo no hay muchos antecedentes de este tipo de máquinas debido a su propósito militar y a la confidencialidad que manejan las empresas que las poseen, actualmente en Colombia existe una lacadora de vainillas calibre 5.56mm (ver figura 1), en la fábrica General José María Córdoba (FAGECOR); el proceso de esta máquina consiste en una tolva donde se depositan las vainillas posteriormente por medio de un mecanismo de cruz de malta y un punzón el cual tiene laca en su punta se realiza el lacado de la boca de la vainilla, luego las vainillas pasan por una banda transportadora inclinada con una distancia de una pulgada entre ellas, finalmente un operario por medio de dos espejos realiza la inspección visual haciendo la selección, la producción de esta máquina es de 120 vainillas por minuto. La selección manual de las vainillas ha generado pérdidas y baja calidad de inspección obligando a la Industria Militar a realizar un proyecto de automatización para este proceso. El mecanismo de lacado contiene (ver figura 2):

- Mecanismo cruz de malta para el movimiento de transporte. (Ver figura 3) - Banda transportadora de vainillas. - Espejos inclinados. - Tolva - Estructura en hierro fundido

Figura 1. Máquina inspeccionadora de vainillas

23

Fuente: Imagen realizada por los autores Figura 2. Sistema de transporte y selección

Fuente: Imagen realizada por los autores Figura 3. Mecanismos Cruz de Malta

Fuente: Imagen realizada por los autores. La visión artificial en Colombia ha culminado algunos proyectos en diferentes líneas de producción como: Verificación de impresión en Baxter, selección de tapas en la empresa Bavaria S.A, detección de envases con bajo nivel de líquido de Coca-Cola Company, entre otros. En Indumil se ha empezado a implementar

Cruz de

malta.

24

este sistema en diferentes procesos y actualmente se empleará en la máquina de inspección calibre 5.56mm. Figura 4. Inspección del operario.

Fuente. Imagen realizada por los autores. 1.6 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Partiendo de la máquina que ya existe en FAGECOR, se decide realizar un diseño de una máquina inspeccionadora de vainillas cal. 5.56mm.La inspección y selección de vainillas la efectúa un operario visualmente mediante dos espejos. Este método de inspección no es totalmente confiable debido a que el operario no siempre está prestando el 100% de su atención a este proceso y además el ojo humano después de estar observando algo durante un largo periodo presenta un cansancio, lo cual hace inevitable que algunas vainillas defectuosas pasen el proceso como aceptadas. La empresa se ve en la necesidad de tener un control para la inspección de las vainillas y así lograr una mayor precisión en la selección de estas, el buen lacado de las vainillas es muy importante en la línea de producción ya que garantiza la impermeabilidad de la pólvora al momento del ensamble con el proyectil. Una solución inicialmente planteada fue implementar el proceso de control e inspección sobre la banda transportadora de la máquina lacadora actual, modificando la máquina e implementando un sistema de rechazo para las vainillas defectuosas ya que pueden ser rechazadas por: abolladuras, grietas o rayas y por lacado inferior en el fulmínate y lacado superior en la boca.

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Se llegó a la conclusión que este proceso podría ser mucho más eficiente si se realiza todo en una misma estructura, que no intervenga con el sistema productivo de la empresa y no se vea afectado por paradas de máquina para realizar pruebas de funcionamiento y acople de mecanismos de selección y control. Para este propósito se propone realizar una máquina inspeccionadora e instalar cámaras de visión artificial, las cuales se encargaran de realizar la inspección, determinando el estado de las vainillas. Posteriormente se realizara la selección y el rechazo por medio de un sistema neumático. El objetivo final es realizar un sistema de control de calidad por medio de visión artificial que permita separar las piezas defectuosas de las buenas. 1.7 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿COMO DISEÑAR UNA MÁQUINA QUE SELECCIONE E INSPECCIONE VAINILLAS CALIBRE 5.56MM IDENTIFICANDO DEFECTOS EN EL LACADO DE BOCA, LACADO DEL FULMINANTE Y DEFECTOS SUPERFICIALES EN EL CONTORNO DE LA VAINILLA IMPLEMENTANDO TECNICAS DE VISION ARTIFICIAL? 1.8 JUSTIFICACIÓN

El lacado de las vainillas es un proceso importante en la elaboración de municiones para la Industria Militar de Colombia. Este proceso debe ser continuo debido a que su retraso afectaría el tiempo de la producción final, su selección debe ser perfecta ya que una vainilla sin un buen lacado puede hacer inservible la pólvora y el ensamble con el proyectil. Por esto el proceso de selección que hace un operario debe ser cambiado a un sistema automatizado inmediatamente. Diariamente se inspecciona y selecciona 50.000 vainillas y la selección de vainillas actualmente se realiza por medio de dos operarios en turnos de ocho horas con un descanso de 10 minutos cada hora: la implementación de un sistema de visión artificial para la inspección hace más confiable la selección y disminuye el riesgo que corren los empleados al realizar esta labor puesto que al estar tanto tiempo sentados en un puesto no muy cómodo de trabajo y mirando fijamente un lugar determinado produce el síndrome de “inconfort visual ocupacional” el cual genera dificultad de enfoque, dolores de cabeza constantes, visión doble, entre otros, síntomas que a largo plazo podrían traer graves consecuencias. Este proyecto se encuentra enmarcado en una realidad industrial lo cual permite aplicar los conocimientos adquiridos durante la carrera, en campos como la

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mecánica, la electrónica y el control dando desarrollo a un diseño Mecatrónico para la solución del problema planteado. Este proyecto tendrá un desarrollo ingenieril que permitirá una preparación para el planteamiento de soluciones a problemas en el ámbito de la ingeniería y brindará un mayor conocimiento de la tecnología industrial actualmente implementada. 1.5 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.5.1 Objetivo General Diseñar y construir una máquina para la inspección de lacado de boca, lacado de fulminante y defectos en el contorno de vainillas cal. 5.56 mm, implementando sistemas de visión artificial logrando la inspección y selección de manera eficiente para la Industria Militar. 1.5.2 Objetivos específicos - Establecer el sistema de visión artificial que pueda inspeccionar los

defectos en el lacado de boca, fulmínate y defectos en el contorno de las vainillas cal. 5.56 mm.

- Diseñar y construir un mecanismo de selección acorde con los requerimientos de los sistemas de inspección (cámaras de visión artificial).

- Inspeccionar lacado de boca y fulminante de las vainillas. - Inspeccionar imperfecciones en la superficie de vainillas. - Diseñar e Implementar los sistemas de control para el correcto

funcionamiento de la Máquina. 1.7 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO

1.7.1 Alcances

- Teniendo en cuenta los requerimientos por parte de Indumil (Industria

Militar de Colombia) se busca implementar un sistema que realice el proceso de supervisión final de vainillas para munición de guerra calibre 5.56mm y a su vez disminuir los errores de inspección producidos por el agotamiento de los operarios que realizan esta labor, aportando al mejoramiento de las condiciones de salud ocupacional orientadas directamente a la salud visual.

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- Se realizará las pruebas con los sistemas de visión artificial para la inspección y selección de las vainillas.

- Se realizará el diseño del mecanismo de inspección y selección de la

máquina.

- Se realizará el control de la máquina inspeccionadora de vainilla.

- Se realizará la construcción de la máquina inspeccionadora de vainillas calibre 5.56mm.

1.7.2 Limitaciones

- Debido que el proceso de adquisición de los componentes de control y los

sistemas de visión artificial es largo y extenso se presentan retrasos en el cronograma para el desarrollo del proyecto.

- El presupuesto aprobado para este proyecto por parte de INDUMIL fue de $100.000.000 de pesos mcte. Por lo tanto no se debe salir de este parámetro para el costo de los diferentes elementos necesarios en el desarrollo de la seleccionadora.

28

2. MARCO DE REFERENCIA

2.1 MARCO CONCEPTUAL 2.1.1 El cartucho 1 (ver figura 5), es un recipiente metálico que contiene el proyectil (bala), la pólvora y el fulminante. Es del tamaño apropiado para ajustarse a la cámara de ignición de un arma de fuego. El fulminante es una pequeña carga de un elemento químico sensible a los impactos que se puede encontrar en el centro o en el borde de la parte posterior del cartucho. Un cartucho sin bala es un cartucho de fogueo. Figura 5. Diferentes del cartuchos

De izquierda a derecha: cartuchos de los calibres 7,62x51mm OTAN, 5,56 × 45 mm OTAN y 9mm Parabellum. Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Cartucho_(armas_de_fuego) 2.1.2 La vainilla, (ver figura 6) es un recipiente en forma de tubo, en donde se aloja la pólvora propulsora y la capsula iniciadora, asimismo es la encargada de sujetar al proyectil en la boca de esta. Se fabrican por lo general en “latón militar”, llamado latón 70/30. Una vainilla tiene las siguientes partes: culote, cuerpo, gola, gollete y boca, algunas de ellas no siempre están presentes. __________________________ 1Definición extraída de: http://es.wikipedia.org/wiki/Cartucho.

29

Figura 6. Partes de vainilla

Fuente: http://www.telecable.es/personales/maclantaron/articulos/morfologiacartucho.htm 2.1.2.1 Clasificación de las vainillas. Las vainillas se pueden clasificar ateniéndose a varios criterios, los más importantes son: a) Según el material de su constitución: Metálicas. Semi-metálicas. Plásticas. b) Según el sistema de percusión: Percusión anular. Percusión central. Las vainillas de percusión central, dependiendo de la existencia o no de yunque en la vainilla, pueden ser: (ver figura 7)

1. Boxer (sin yunque) 2. Berdan (con yunque)

30

Figura 7. Vainillas con y sin yunque Fuente: Ibid c) Según su forma geométrica: (ver figura 8) 1. Pestaña 2. Ranura 3. Reforzada 4. Ranura y pestaña 5. Ranura y pestaña corta Figura 8. Diferentes vainillas según su geometría

Fuente: Ibíd.

31

2.1.3 El proyectil (ver figura 9). Como norma general, a los proyectiles disparados por las armas de fuego portátiles se les denomina balas. La mayoría de las veces suelen ser metálicas y pesadas, aunque en algunas ocasiones muy especificas son de madera o plástico, y a excepción de las esféricas que son completamente simétricas respecto a su centro, a las demás las podemos dividir para su estudio en las siguientes partes: punta, cuerpo y base Figura 9. Partes del proyectil

Fuente: Ibíd. 2.1.4 Clasificación de las balas. Los proyectiles los podemos clasificar según su forma geométrica, pueden ser esféricas, cilíndricas, ojivales, y sus variantes mixtas como cilindro-cónicas, cilindro-ojival, etc. También sobre los efectos que producen serán trazadoras, incendiarias, explosivas, perforantes. Como se ve ha quedado claro que se puede seguir con infinidad de clasificaciones, por lo tanto el estudio se centrará solo en las más significativas.

A. Según su forma: La forma, el perfil de la ojiva y la composición de la bala dependen del uso que se le dé a la misma. Por ejemplo: las agudas están diseñadas para que pierdan velocidad más despacio y tengan más alcance y más capacidad de penetración. Al contrario, las balas de punta redondeada suelen ser más efectivas a corta distancia y ceden más energía en le momento del impacto penetrando menos que las picudas. (Ver figura 10)

� Esférica (A) � Cilíndrica (B) � Ojival (C) � Cilindro-cónica (D) � Cilindro-ojival (E) � Aerodinámica (F)

32

Figura 10. Clasificación del proyectil según geometría.

Fuente: Ibíd.

B. Según la forma de su base, el proyectil, puede ser: (Ver Figura 11) � Hueca o perforada (G) � Tronco cónica (H) � Cóncava (I) � Plana (J) � Talonada (K)

Figura 11. Clasificación según la forma de la base

Fuente: Ibíd. C. Según la forma de la punta se clasifica en: (Ver figura 12) � Roma (L) � Plana (M) � Hueca (N) � Aguda (Ñ)

33

Figura 12. Clasificación según la forma de la punta

Fuente: Ibíd.

2.1.5 Clasificación a los efectos que producen. Además de las balas ordinarias en este grupo incluiremos aquellas balas cuyo comportamiento, balísticamente hablando, difiere del normal de los proyectiles ordinarios.

A. Expansivas

Con la intención de obtener mayores daños, la bala se deforma expandiéndose dentro del blanco y cediéndole toda su energía. Una de las primeras balas expansivas fue la diseñada y patentada en 1897 en el arsenal Dum-Dum, en las afueras de la ciudad India de Calcuta. Esta munición fue prohibida por el convenio Internacional de la Haya, quedando relegada para usos cinegéticos. Actualmente, son ejemplo de balas expansivas las conocidas como de punta hueca. B. Frangibles Se fragmentan al impactar en una superficie dura evitando rebotes, o traspasar el blanco. Están compuestas por una mezcal de cobre y estaño, combinados por alta presión o una sustancia aglomerante como el nylon y el estaño . C. Perforantes Balas blindadas de núcleo duro perforante. La misión de este tipo de balas es poder atravesar los blindajes ligeros. Los alemanes, durante la Primera Guerra Mundial, para traspasar el blindaje de los primeros carros de combate idearon este tipo de proyectil. Compuesta de un núcleo de acero rodeado de una envuelta de plomo que está a su vez rodeada de una camisa o blindaje convencional. En el momento del impacto se desprenden las envueltas y el núcleo de acero continua la trayectoria perforando el blindaje. Ejemplo de este tipo de balas son la bala Roth y la Krupp. Posteriormente se perfecciona este tipo de munición reforzando el núcleo con una aleación de Níquel -Cadmio. (ver figura13 )

34

Figura 13. Proyectil perforante Fuente: Ibíd. D. Trazadoras Su función principal es la de marcar la trayectoria mediante una estela luminosa o de humo, y así poder corregir el tiro. Las primeras balas trazadoras se fabricaron pegando a la base de la bala una pastilla de magnesio y fosfato. En la actualidad exteriormente las podemos distinguir dado que su ojiva va pintada de color verde o rojo, dependiendo del país de origen. Otra característica es que la longitud de estas balas, suele ser mayor de lo normal debido a que necesitan contener en su interior un espacio donde alojar la carga trazadora (generalmente fósforo). Comúnmente en las ametralladoras una de cada cinco balas es trazadora.(ver figura 14)

Figura 14. Proyectil trazadora Fuente: Ibíd. E. Incendiarias

Balas que contienen una mezcla química que se inflama al contacto con el aire o por impacto. (Ver Figura 15). La misión de este tipo de bala es producir incendios en el lugar donde impactan. La carga incendiaria, habitualmente fósforo blanco, va colocada en el interior de la ojiva. En el momento del impacto se rompe la camisa de la bala, inflamándose el

35

fósforo al entrar en contacto con el aire. Para su diferenciación la ojiva va pintada de azul o naranja. Figura 15. Proyectil incendiaria. Fuente: Ibíd. F. Explosivas Balas que contienen una carga que explota por impacto. La utilización de balas explosivas es muy antigua. Básicamente su misión es la de detonar al impactar en el blanco. En un principio la sustancia explosiva era una mezcla de fulminato de mercurio y clorato potásico. Esta carga detona a causa de la presión que sufre la bala en el momento del impacto. 2.1.6 Lacado de vainillas . El lacado de las vainillas es un proceso muy importante en la línea de producción de las balas, este lacado cumple dos funciones; de sellante e impermeabilizante para que en el momento del ensamble con el proyectil sea hermético y la pólvora no presente humedad. 2.1.6.1 Lacado superior. (Ver figura 16) EL lacado superior es un lacado en la parte interna de la boca de la vainilla y debe tener 4 milímetros de profundidad y estar en toda la circunferencia interior de esta boca, el objetivo principal del lacado superior es sellar la boca de la vainilla y hacer un cierre hermético en el momento de acoplar el proyectil para así impermeabilizar la pólvora que queda depositada en el cilindro.

36

Figura 16. Lacado superior de vainilla.

Fuente: Imagen tomado por los autores. En la siguiente imagen (ver figura 17) se muestra de mas claro cual es la diferencia entre una vainilla correctamente lacada en su parte superior y otra faltante de lacado en su boca. Figura 17. Lacado superior correcto e incorrecto.

Fuente: Dibujo realizado por los autores en Inventor 2008 2.1.6.2 Lacado inferior (ver figura 18) El lacado inferior de la vainilla se realiza en la parte del culote, este lacado es utilizado únicamente para el sellamiento del fulminante.

Lacado interior

de boca

Lacado

correcto

Lacado

defectuoso o

faltante.

37

Figura 18. Lacado inferior de vainilla.

Fuente: Imagen toma por los autores 2.1.7 Superficie. La superficie comprende todo el cuerpo cilíndrico de la vainilla, este cuerpo debe estar libre de abolladuras y ralladuras debido a que si presenta alguno de estos defectos la bala al momento de ser disparada podría averiar el arma de fuego. (Ver figura 19 y 20). Figura 19. Superficie de la vainilla

Fuente: Imagen tomada por los autores. Esta imagen demuestra defectos superficiales en la vainilla del lado izquierdo los cuales se determina como abolladuras. Y el lado derecho se puede observar una vainilla en buen estado, en la siguiente imagen se muestra más claro la diferencia entre una vainilla con un contorno correcto y una con un contorno incorrecto.

Lacado correcto. Lacado

defectuoso o

faltante.

Contorno de la

vainilla en mal

estado.

Contorno de la

vainilla en

buen estado.

38

Figura 20. Superficie de vainilla. Izquierda correcta. Derecha rechazada

Fuente: Dibujo realizado por los autores en Inventor 2008 2.2 MARCO TEÓRICO

Para realizar el diseño de la máquina inspeccionadora de vainillas cal 5.56 mm por medio de sistemas de visión artificial se debe analizar todos los aspectos involucrados para el desarrollo de la máquina tanto humanos como mecánicos, electrónicos y de control. 2.2.1 Percepción humana. 2 a. ACROMÁTICA. La percepción del brillo de una imagen la realizan en el ojo los bastones (ver Figura 21). Los bastones son unas células especializadas que tenemos en la retina, en un número superior a 100 millones, que son capaces de detectar y medir el brillo de los haces luminosos que les llegan. La sensación de brillo está relacionada con dos fenómenos: • La sensibilidad a la intensidad. • La inhibición lateral. Figura 21. Sección del ojo humano y visión esquemática de las células fotorreceptoras

Fuente. José F. Vélez serrano “visión por computador” segunda edición.

Contorno

correcto.

Contorno

Incorrecto.

39

Los seres humanos son capaces de distinguir un rango muy amplio de intensidades. Sin embargo la relación entre la intensidad real de la luz reflejada por un pigmento y la intensidad percibida por un humano no es lineal. La curva A de la Figura 22 representa el brillo apreciado en relación con el brillo físico reflejado por un pigmento. Se aprecia que el humano es capaz de distinguir pigmentos de intensidades poco diferentes (como el a1 y el a2) cuando los cuerpos que tienen esos pigmentos están próximos espacialmente. Sin embargo, los contrastes acentuados hacen que esta sensibilidad decrezca. Por ello, cuando hay involucrados pigmentos con intensidades muy dispares simultáneamente, como el b y el c, la distinción entre intensidades próximas decrece. De manera que la percepción de a2 y a1 se sitúa en curvas similares a la B y a la C respectivamente, que como se aprecia las hacen percibir como lejanas (a1’ y a2’).

Figura 22. La línea A representa la relación entre el brillo distinguido por el ojo humano y el nivel de brillo real

Fuente: Ibíd. b. CROMÁTICA La percepción del color de una imagen la realizan los conos (ver Figura 21). Son unas células especializadas, dispuestas en la retina en un número cercano a los 6 _______________________________ 2 José F. Vélez serrano “visión por computador” segunda Edición.

40

Millones, que son capaces de variar su comportamiento ante cambios en la longitud de onda de una radiación electromagnética. Basándose en la información aportada por los conos el cerebro construye la sensación de color. Los conos del ojo humano tienen una sensibilidad menor que los bastones. Se dice popularmente que “de noche todos los gatos son pardos”, reflejando el hecho de que con poca luz sólo los bastones captan suficiente energía para activarse. Estudios fisiológicos han revelado que existen tres tipos de conos, que se han denominado mediante las letras S, L, y M. Los conos de tipo S (short) son más sensibles a las radiaciones con longitud de onda corta (azules), los M (medium) a las radiaciones de longitud media (verdes), y los L (large) a las de longitud larga (rojos). Así, la sensación de color que percibimos está relacionada con la energía que tiene a diferentes longitudes de onda una radiación electromagnética. La anterior información nos muestra que entre la visión artificial y la visión humana todavía hay grandes diferencias, sin embargo en procesos tecnológicos los sistemas de visión artificial pueden ser más efectivos que la visión humana como se plantea en los siguientes aspectos:

- La velocidad de la visión humana es de 0.06 segundos, mientras que en las máquinas de estado sólido es de 0,00001.

- La visión humana se cansa y se ve afectada por las emociones, los sistemas de visión artificial no.

- La visión humana es poco inconsistente por la fatiga y las distracciones, la

visión artificial mantiene el nivel de rendimiento constante.

- Los sistemas de visión artificial pueden trabajar en entornos muy peligrosos, con riesgos químicos, biológicos, ruido, polución, temperaturas altas y bajas.

- El ser humano puede diferenciar entre 10 o 20 niveles de gris los sistemas

de visión artificial tienen una definición muy superior.

- Dentro del espectro electromagnético (figura 23) la visión humana capta solo frecuencias y amplitudes dentro del rango de luz solar, mientras que los sistemas de visión artificial pueden captar todo el espectro electromagnético.

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Figura 23. Espectro electromagnético.

Fuente. http://www.um.es/docencia/barzana/IMGTEORIA/espectro-em.jpg. Es debido a estos aspectos que se necesita realizar una automatización de la inspección implementando visión artificial para lograr una mejor calidad y eficiencia en el proceso de selección de las vainillas. 2.2.2 Representación de la realidad. 3 Un sistema de Visión Artificial actúa sobre una representación de una realidad que le proporciona información sobre brillo, colores, formas, etcétera. Estas representaciones suelen estar en forma de imágenes estáticas, escenas tridimensionales o imágenes en movimiento. a. Imágenes Una imagen bidimensional es una función que a cada par de coordenadas (x, y) asocia un valor relativo a alguna propiedad del punto que representa (por ejemplo su brillo o su matiz). Una imagen acromática, sin información de color, en la que a cada punto se le asocia información relativa al brillo, se puede representar como una superficie , en la cual la altura de cada punto indica su nivel de brillo. Una imagen en color RGB se puede representar asociando a cada punto una terna de valores que indica la intensidad de tres linternas (una roja, otra verde y otra azul). Una imagen de color de espectro completo se puede representar asociando a cada punto un diagrama espectral de emisión de color.

42

En la imagen que se muestra a continuación la figura de la derecha puede presentarse como una superficie. En ella la coordenada z para el punto (x, y) corresponde al brillo que tiene en la imagen plana. Figura 24. La imagen plana (2D).

Fuente: Ibíd. b. ESCENAS 3D Otra forma de representar la realidad consiste en asignar a cada punto del espacio que pertenece a un objeto (x, y, z) una propiedad del punto (su existencia, su intensidad, su matiz, etcétera.). Al trabajar con imágenes 3D, como se tiene la forma de los objetos, la información de brillo y color puede no ser tan relevante. 2.2.3 Etapas de un sistema de visión artificial 4. Se ha visto que el ser humano captura la luz a través de los ojos, y que esta información circula a través del nervio óptico hasta el cerebro donde se procesa. Existen razones para creer que el primer paso de este procesado consiste en encontrar elementos más simples en los que descomponer la imagen (como segmentos y arcos). Después el cerebro interpreta la escena y por último actúa en Consecuencia.La visión artificial, en un intento de reproducir este comportamiento, define tradicionalmente cuatro fases principales: (Ver figura 25) • La primera fase : Es puramente sensorial, consiste en la captura o adquisición de las imágenes digitales mediante algún tipo de sensor. __________________________ 3José F. Vélez serrano “visión por computador” segunda Edición

43

• La segunda fase: Consiste en el tratamiento digital de las imágenes, con objeto de facilitar las etapas posteriores. En esta etapa de procesamiento previo es donde, mediante filtros y transformaciones geométricas, se eliminan partes indeseables de la imagen o se realzan partes interesantes de la misma. • La tercera fase: Se conoce como segmentación, y consiste en aislar los elementos que interesan de una escena para comprenderla. • La cuarta fase: Es de reconocimiento o clasificación. En ella se pretende distinguir los objetos segmentados, gracias al análisis de ciertas características que se establecen previamente para diferenciarlos. Estas cuatro fases no se siguen siempre de manera secuencial, sino que en ocasiones deben realimentarse hacia atrás. Así, es normal volver a la etapa de segmentación si falla la etapa de reconocimiento, o a la de preproceso, o incluso a la de captura, cuando falla alguna de las posteriores. Figura 25. Diagrama de bloques de las etapas típicas en un sistema de visión artificial

Fuente: Ibíd. 2.2.4 Cámaras de visión artificial 5. Una cámara de visión artificial es una combinación de un sensor de imágenes y un procesador de alto rendimiento que arroja resultados de inspección en vez de imágenes. Las Cámaras de visión artificial son ideales para aplicaciones industriales de visión, incluyendo inspección de empacado, verificación de ensamblado, lectura de códigos en 1D o 2D, así como guía de motricidad. Las de visión artificial reducen costo y tiempo de inspección al procesar imágenes en la cámara con un procesador. Las cámaras que se utilizan en visión artificial requieren una serie de características específicas, como el control del disparo de la cámara para capturar las piezas que pasan por delante de la cámara exactamente en la posición requerida. _______________________ 5 Disponible en: http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/6738.

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2.3 CÁMARAS DE VISIÓN ARTIFICIAL EN COLOMBIA Para cumplir con el objetivo de inspeccionar las diferentes partes de la vainilla como son:

o Lacado de boca. o Lacado de fulminante. o Superficie de la vainilla.

Se realizó una búsqueda de las diferentes tecnologías en sistemas de visión artificial disponibles en Colombia y se procedió a contactar las diferentes empresas que suministran esta tecnología con el propósito de conocer y verificar si es posible detectar los defectos descritos anteriormente. Tabla 1. Empresas que suministran tecnología en visión artificial

DISTRIBUIDOR DATOS CONTACTO

MULTICONTROL Automatización

industrial

Calle 106ª No. 58-04 PBX:6177777

FESTO LTDA. AV- el dorado No.98-43 PBX: 4048088

COLSEIN Medición y Automatización.

Callle 82 No. 5-48 PBX: 6108448

SENSORTEC Calle 95 No. 9ª-08 PBX:4007018

SENSOMATIC. & CIA Ltda.

Calle 1C No.25ª-50 PBX:4079696

. 2.3.1 Firma Sensomatic. Se contactó con esta firma la cual es representante de cámaras de visión artificial marca IFM Referencia 02D222 donde se pudo verificar las características técnicas de equipo y la capacidad de inspección. (ver figura 26).

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Figura 26. Cámara de IFM

Fuente.http://www.ifm.com/ifmmx/web/padv1!US_1_50_10_10_10_10_10.html a. Características técnicas de la cámara. A continuación se mencionan algunas características técnicas (ver anexo F)

• Sencilla configuración de parámetros. • Caja muy pequeña para flexibilidad de uso. • Alto desempeño: Reconocimiento simultáneo de hasta 32 contornos. • Luces traseras muy planas con una altura de tan solo 9.2 mm. • Las luces traseras con un segundo modo de operación producen cuatro

veces más luz. Tabla 2. Características técnicas de la cámara

Fuente. Ibid

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B. Cámara con Sensor de 3D (ver figura 27) Figura 27. Cámara con Sensor de 3D

Fuente:http://74.125.45.132/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://www.ifmelectronic.com/

C. Características técnicas

-Detección de objetos y escenas en tres dimensiones y de un vistazo.

-Principio de funcionamiento: medición del tiempo de propagación de la luz.

-Sistemas de iluminación, medición del tiempo de propagación de la luz y evaluación en un solo equipo.

-3.072 valores de distancia por cada medición para una evaluación detallada de las aplicaciones.

-Salida analógica de 4...20 mA / 0...10 V o 2 salidas de conmutación para la salida de resultados.

D. Aplicaciones 6

A fin de contar con una operación eficiente de procesamiento de plásticos, es necesario detectar el nivel del plástico en las tolvas o las transportadoras a granel. Una condición de funcionamiento en vacío o seco en la tolva puede provocar tiempo muerto en la máquina, desgastar el equipo o incluso dañar sus componentes. En las aplicaciones tradicionales de detección del nivel, se colocan múltiples sensores de nivel de un solo punto encima de una tolva o transportadora

6 Definición extraída de http://www.ifm-electronic.com/ifmmx/web/3d_aps1.htmagosto 10 de 2009

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para detectar el nivel del material. Según el tamaño y la forma de los gránulos de plástico, estos pueden cambiar su posición dentro de la tolva y crear colinas y valles.

El desafío es obtener una lectura precisa del nivel. Los sensores ópticos del nivel de punto y los sensores ultrasónicos detectan sólo un punto en la parte superior del producto. Cualquier colina o valle en el material proporcionará lecturas de múltiples niveles que pueden producir una detección incorrecta del nivel.

El sensor de nivel tridimensional se monta encima de la tolva. La distribución de píxeles del sensor con 3,072 puntos de datos se extiende a través de las verduras para detectar el área completa e identificar los puntos altos y bajos, a fin de proporcionar un monitoreo preciso del nivel y el volumen total.

El sensor de nivel tridimensional de ifm está diseñado para evaluar el tamaño, la forma y el volumen en las aplicaciones de procesamiento de plásticos. El sensor compacto y fácil de usar utiliza medición de distancias tipo tiempo de vuelo para identificar objetos en su campo de visión, y captura el objeto completo en tres dimensiones. El sensor de nivel detecta los puntos altos y bajos de los plásticos en la tolva o en la transportadora. El sensor puede determinar cuando el nivel del producto está demasiado alto o si está concentrado en un área. Los derrames en las transportadoras se evitan al monitorear la distribución correcta de los plásticos. Figura 28. Aplicaciones del sensor 3D

Fuente: Ibíd. 2.3.2 Firma Colsein. Se contactó con esta firma la cual es representante de cámaras de visión artificial marca SICK (ver figura 29) donde se pudo verificar las características técnicas de equipo y la capacidad de inspección.

48

a. Características técnicas La cámara está integrada con: La iluminación, el software, el hardware, la óptica: todo está incluido en el sensor, la sincronización de todos los componentes garantiza la identificación fiable de los objetos. Las características técnicas se encuentran en la ficha técnica, consultar. (Anexo H) Figura 29. Cámara de Colsein

Fuente. http://www.sick.es/es/productos/sensores/vision/ics/es.html b. Algunas aplicaciones con este sistema Aplicacion es

• Posición de etiquetas en botellas, cajas, cartones (viñetas), etc. • Presencia de código de fecha • Inspección de tapones: Presencia, posición, altura, integridad o

desperfectos. • Blister: presencia/ausencia de tabletas deterioro, sellado de la lámina. • Bolsas estériles: presencia/ausencia de algún componente. • Control del nivel de fluido cuando se realiza un llenado no volumétrico • Disposición uniforme de envases agrupados.

c. Inspección rápida de logotipos y presencia del c ódigo de fecha en

lociones 7

Esta cámara es idónea para la inspección de etiquetas. Permite varias inspecciones simultáneas, como la presencia de códigos de fecha e identificación de logotipo. Gracias a un sofisticado algoritmo de localización busca los detalles de interés sea cual sea la orientación en el envase y a velocidades de producción elevadas. Cuenta con la ventaja adicional de una interfaz Ethernet de alta velocidad, lo que permite controlar totalmente la producción monitorizándola a través de red. (Ver figura 30). Figura 30. Inspección rápida de logotipos

7 Definición extraída de http://www.sick.es/es/productos/nuevos/sensores/inspector/es.html agosto 10 de

2009

49

Fuente: Ibid 2.3.3. Firma Festo. Se contacto con esta firma la cual tiene tecnología en visión artificial (ver figura 31) donde se pudo consultar las principales características técnicas de equipo SBOx-Q:

• Alta capacidad de detección de 185- 2000 imágenes/segundo.

• Inclusión en la red y sincronización de varias cámaras a través de Ethernet.

• Dimensiones extremadamente pequeñas.

• Clase de protección IP65/IP67. Figura 31. Cámara Festo.

Fuente.http://www.festo.comsearch.festo.com/catalog.nsf/CDSearchResults?SearchDomain=&Query=cámaras Características técnicas:

50

A continuación se muestra las principales características técnicas. Ver tabla 6. Tabla 3 . Características técnicas.

Fuente: Ibíd.

a. Aplicaciones Sistema de visión compacto -Q para comprobar los manguitos para sistemas de inyección de automóviles (ver figura 32). Figura 32. Sistema de visión instalado para realizar control dimensional de piezas

Fuente: Ibíd.

Cámara

Festo

51

2.3.4 Firma Multicontrol. Se contacto con esta firma la cual es representante de cámaras de visión artificial marca COGNEX (ver figura 33) donde se pudo consultar los sistemas de visión DVT e In-Sight las cuales están instaladas en tres máquinas de la Industria Militar en la fabrica José María Córdova. Figura 33. Sistemas de visión DVT de uso general

Fuente.http://www.cognex.com/ProductsServices/VisionSystems/DVT.aspx?id=166&rdr=true&LangType=1034. a. Características de la línea DVT:

Los sistemas de visión de Cognex son diversos y dependen de varios factores como son velocidad de adquisición rendimiento capacidad de almacenamiento y detalle de inspección. (ver anexo I)

• DVT 515 Sistema de visión DVT para principiantes y con los menores costes

• DVT 535 Sistema de visión DVT con la mejor relación calidad-precio

• DVT 545 Inspección en tiempo real a alta velocidad

• DVT 550 Sistema de visión DVT con la mayor velocidad y el mejor rendimiento

• DVT 554 El sensor de visión de alta resolución (1280 x 1024) detecta imperfecciones microscópicas en líneas de alta velocidad

2.3.5 Accesorios de cámaras DVT Las cámaras Cognex cuentan con una serie de accesorios para los sistemas de visión artificial DVT los cuales hacen parte integral en el momento de realizar una inspección y verificación de un objeto como:

• Iluminación • Lentes • Modulo de entradas y salidas

A continuación veremos en detalle cada accesorio. a. Iluminación En el momento de realizar cualquier inspección con los sistemas de visión artificial se debe tener en cuenta la iluminación que es un factor importante

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complementario a la cámara para poder obtener una buena imagen del objeto a verificar. (Ver figura 34) Existen distintas clases de iluminación que dependen de la aplicación a utilizar

Figura 34 iluminaciones para cámaras DVT

Fuente: Ibid b. Lentes para las cámaras DVT

Cognex ofrece una amplia gama de lentes de cámaras compactas de alta calidad, diseñadas específicamente para aplicaciones de visión industrial.(ver figura 35) Figura 35. Lentes para cámaras de visión artificial.

Fuente: Ibid

53

c. Modulo de entradas y salidas digitales El módulo de entrada / salida ofrece una sencilla conexión de los sensores DVT en potentes activadores de captura y en salidas, y proporciona 8 líneas de entrada / salida configurables de alta velocidad. (Ver figura 36) Figura 36. Modulo I/O

Fuente: Ibid 2.4 ILUMINACIÓN EN LOS SISTEMAS DE VISIÓN ARTIFICIAL La iluminación es el aspecto más decisivo de cualquier aplicación de visión artificial. Eligiendo la técnica adecuada de iluminación se puede lograr un aumento en la exactitud, en la fiabilidad del sistema y en su tiempo de respuesta. Es un error muy serio y costoso asumir que se puede compensar una iluminación inadecuada con un algoritmo.8 La iluminación en las aplicaciones de visión artificial, como todas las tecnologías involucradas, dependen del continuo avance tecnológico para perfeccionar los sistemas que mejoran la calidad de los productos fabricados en la actualidad. 2.4.1 Fundamentos de la iluminación .9 Existen reglas bien establecidas para la elección de un tipo de lente. Por el contrario, son mucho menos las reglas establecidas para la elección de una buena iluminación, aún cuando esta última es tan importante como la elección adecuada de la lente para obtener imágenes utilizables. Para que una característica aparezca en una imagen, la luz debe venir de la fuente de iluminación, reflejarse en el objeto y ser recolectada por la lente ver (figura 37).

8 Definición extraída de Universidad Nacional de Quilmes – Ing. Curso en Automatización y Control Industrial Cátedra: Visión Artificial Agosto de 2005 9 Definición extraída de Universidad Nacional de Quilmes – Ing. Curso en Automatización y Control

Industrial

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Figura 37. Fundamentos de iluminación

Fuente: Articulo de Universidad Nacional de Quilmes – Ing. en Automatización y Control Industrial a. Tipos de reflexión

La luz es reflejada por los objetos de dos maneras llamadas reflexión especular y reflexión difusa. En la reflexión especular, cada rayo incidente se refleja en una única dirección (los rayos reflejados son paralelos). Una pista de estaño en un circuito o un espejo exhiben reflexión especular. Por otro lado, en la reflexión difusa los rayos incidentes son dispersados en un rango de ángulos salientes. Un pedazo de papel es un reflector difuso. En realidad, los objetos exhiben todas las clases de conductas entre los extremos de la reflexión especular y la difusa. Los rayos de luz reflejados por una superficie pulida de metal tienen una componente direccional dominante (reflexión especular) pero que es difundida parcialmente por irregularidades de la superficie (reflexión difusa). El papel presenta algunas propiedades especulares, como se puede comprobar al leer con luz muy intensa. También hay que decir que existen muchos objetos cuyas partes reflejan de manera diferente. Por ejemplo, un conector eléctrico posee pines brillantes (especular) de metal y partes opacas (difusa) de plástico. A continuación se muestran las dos tipos de reflexión ver (figura 38)

55

Figura 38. Reflexión Difusa y Reflexión Especular

Fuente: Ibíd. b. Técnicas de iluminación • Iluminación posterior (backlight)

La iluminación posterior permite delinear el contorno de las piezas, minimiza la visibilidad de gabinetes traslúcidos y permite visualizar perforaciones pasantes. Esta técnica brinda un contraste muy alto y es fácil de implementar. En las imágenes tomadas bajo esta técnica, el fondo (background) aparece uniformemente blanco y el objeto se visualiza mediante silueta. Dentro de las técnicas de iluminación posterior se pueden encontrar la difusa y la direccional. En la iluminación posterior difusa (figura 39) los rayos de luz se transmiten en diversos ángulos, como ya se mencionó. En la iluminación posterior direccional (figura 39), un colimador hace que todos los rayos de luz se propaguen en direcciones paralelas. Figura 39. Iluminación posterior difusa e iluminación posterior direccional

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Fuente: Ibíd. A continuación se muestran dispositivos comerciales iluminación direccional y difusa (ver figura 40). Figura 40. Modelos disponibles de backlight

Fuente: http://www.dcmsistemes.com/ald.html

• Iluminación Frontal Oblicua y Direccional. La dirección de la iluminación, conocida como el ángulo de incidencia, es él ángulo formado por el plano normal a la superficie y el rayo incidente. Cuando los haces de luz forman un ángulo de 20 grados con la superficie, se puede maximizar el contraste en objetos con relieves de manera que los bordes aparezcan brillantes frente al fondo oscuro que forman las superficies planas del objeto. En la iluminación frontal direccional, (ver figura 41) el ángulo entre los rayos incidentes y la superficie es de 30º, lo que reduce un poco el contraste pero incrementa la cantidad de información obtenible de las superficies planas.

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Figura 41. Iluminación Frontal Oblicua e imagen Iluminación Frontal Direccional

Fuente: Articulo de Universidad Nacional de Quilmes – Ing. en Automatización y Control Industrial Cátedra: Visión Artificial A continuación se muestran dispositivos comerciales Frontal Oblicua e imagen Iluminación Frontal Direccional (ver figura 42) Figura 42. Modelos comerciales disponibles

Fuente: http://www.dcmsistemes.com/ald.html

• Iluminación Frontal Axial (difusa).

Mediante esta técnica se puede iluminar desde el mismo eje de la cámara con luz uniforme, incluyendo el centro de la imagen. Permite iluminar uniformemente

58

superficies reflectivas, realza detalles grabados y crea contraste entre superficies especulares y difusas / absorbentes. ( Ver figura 43). El dispositivo comercial de la figura 43 envía luz mediante el divisor de haces prácticamente a 90 grados. Provee iluminación uniforme para superficies reflectivas planas. De esta forma, las superficies reflectivas perpendiculares a la cámara se ven iluminadas, mientras que aquellas que se encuentran a otros ángulos aparecen oscuras. Figura 43. Iluminación Frontal Axial

Fuente. Articulo de Universidad Nacional de Quilmes – Ing. en Automatización y Control Industrial. Cátedra: Visión Artificial A continuación se muestran dispositivos comerciales Frontal axial (ver figura 44) Figura 44. Iluminación axial

Fuente: http://www.dcmsistemes.com/ald.html

2.5 ACTUADORES 10 Se denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado.

10

Definición extraída de http://es.wikipedia.org/wiki/Actuadorv 15 de agosto de 2009

59

Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas. Figura 45. Actuadores neumáticos

Fuente.http://www.interempresas.net/Informatica_Industrial/FeriaVirtual/ResenyaPr

oducto.asp?R=4542 Existen tres tipos de actuadores:

• Hidráulicos • Neumáticos • Eléctricos

Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar aparatos Mecatrónicos . Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren mucho equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento. 2.5.1 PLC. Originalmente los PLC’s fueron sistemas diseñados por ingenieros de la General Motors Company para resolver problemas de lógica de control y sustituir a los antiguos sistemas basados en relevadores. Un PLC es un sistema de microprocesador. En cierta forma se puede decir que es una computadora de tipo industrial. Un PLC tiene una CPU(Unidad central de procesamiento), fuente de alimentación, interfaces para comunicación y puertos

60

de entradas y salidas de tipo analógico o digital que se fabrican en tarjetas o módulos. Tanto el CPU y sus periféricos, que son los módulos de entradas y salidas, se interconectan mediante un bus del sistema que en algunos modelos de PLC‘s está hecho sobre una placa con ranuras(Slots) en donde se insertan uno por uno, del mismo modo en que se insertan las tarjetas de expansión en la placa base de una computadora personal.. De hecho, muchos modelos de PLC actualmente instalados en todo el mundo fueron realizados con microprocesadores Intel 386/486(Algunos modelos Ge-Fanuc). Figura 46. Tipos de PLC

Fuente. http://www.ingemaq.com.ar/ingenieria.html. 2.6 MARCO LEGAL 11 Este documento está regido bajo la norma 18000; esta norma plantea unas normas internacionales que están enfocadas en la gestión de seguridad y salud ocupacional. Esto debido a lo comentado anteriormente sobre el cansancio visual que puede presentar el operario al estar largas jornadas esforzando los ojos en un solo punto, generando el síndrome de “inconfort visual ocupacional”. Esta norma también hace referencia a la facilidad de acceso que debe tener el operario para manejar la máquina, parámetros que se tuvieron en cuenta en el momento del diseño de la inspeccionadora

11 Para mayor información acerca de la norma 18000, ver el siguiente enlace: http://www.conectapyme.com/files/publica/OHSAS_tema_5.pdf.

61

3. METODOLOGÍA

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN

Empírico-analítico: Mediante la interpretación y transformación dar soluciones a los problemas planteados. 3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN

Línea institucional: Tecnologías actuales y sociedad. Sub-línea de la facultad: Instrumentación y control de procesos. Campo de investigación: Automatización de procesos. 3.3 HIPÓTESIS

A través de sistemas de visión artificial y los sistemas de control, la máquina inspeccionadora de vainillas cal. 5.56mm desarrollada para la Industria Militar seleccionará mínimo 120 vainillas por minuto logrando identificar con un margen de error mínimo los defectos de lacado en la boca, defectos en el lacado de fulminante y defectos superficiales en el contorno de la vainilla. 3.3.1 Variables independientes. - Velocidad del sistema de inspección y selección. - Resolución de las cámaras en pixeles

3.3.2 Variables dependientes.

• Actuadores de rechazo lacado inferior, lacado superior y contorno de la vainilla

• Margen de error • Velocidad respuesta del sistema.

62

4. DESARROLLO INGENIERIL En este capítulo, se presentan todos los criterios y análisis realizados para el diseño de la máquina inspeccionadora de vainillas calibre 5.56mm. Como primera medida se realizarán las pruebas que permitan seleccionar el sistema de visión artificial que se va a usar para cada etapa de inspección de la vainilla (lacado superior, lacado inferior, superficie).Posteriormente se analizará cual es más viable para cada tipo de inspección. Luego de saber el sistema de visión artificial que se va a usar para cada etapa de inspección de la vainilla se realizarán diferentes propuestas para el diseño definitivo de la máquina teniendo en cuenta el sistema de rechazo y selección de las vainillas. Seguido de esto, se presentarán los cálculos de todos los elementos que hacen parte de la construcción 4.1 SISTEMAS DE VISIÓN ARTIFICIAL. La selección del sistema de visión artificial es un punto muy importante en el diseño de la máquina debido a que en este proceso se realiza la inspección de los diferentes defectos de la vainilla es por esto que las cámaras que se utilicen tienen que cumplir específicamente con los requerimientos para cada proceso de inspección. Anteriormente en la tabla 2 del marco teórico se mencionaron las empresas que ofrecen sistemas de visión artificial en Colombia, después de haberlas contactado se obtuvo como resultado que solo Sensomatic y Multicontrol brindan el soporte técnico y tienen a disposición las cámaras. A continuación se muestran las diferentes pruebas de estas dos empresas para inspeccionar cada tipo de defecto y así determinar qué cámara se utilizará. 4.1.1 INSPECCIÓN LACADO SUPERIOR En esta inspección se realizaron pruebas con dos diferentes tipos de cámaras para determinar cuál es más satisfactoria en cuanto al lacado superior. 4.1.1.1 Inspección realizada con cámara IFM Electro nic. Con la firma Sensomatic se realizaron pruebas con la cámara de referencia 02D222, esta cámara no necesita una iluminación externa debido a que tiene un arreglo de leds interno.

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Figura 47. Prueba de lacado de boca de la vainilla con Sensomatic.

Fuente: Imagen tomada por los autores en las pruebas. Después de realizar las pruebas se pudo concluir que esta cámara no puede realizar la inspección del lacado interior de la boca de la vainilla ya que solo permite medir las diferentes dimensiones como son: diámetro interior y exterior de la boca de la vainilla. 4.1.1.2 Inspección realizada con cámara COGNEX. Con la firma Multicontrol se realizaron pruebas con la cámara COGNEX de la serie DVT de media velocidad (DVT535). Esta cámara toma una serie de imágenes lineales del interior de la boca de la vainilla donde se analiza su lacado, para poder realizar esta prueba es necesario hacer girar 360° la vainilla. La posición de la cám ara DVT 535 depende de sus ángulos de visualización y de la iluminación que para este caso será una iluminación tipo DOAL color rojo strobo de 1”x1” recomendada por el representante de Multicontrol. Al realizar la inspección del lacado de boca se tuvo cuidado al acercar la vainilla al lente porque este se desenfocaba por lo que durante las pruebas se manejo un rango de 7 a 12 centímetros, también es necesario que la cámara tenga un mecanismo de inclinación variable para poder comprobar en que ángulo se obtiene el mejor campo visual.

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Figura 48. Distancias y ubicación para la inspección de lacado de boca cámara Cognex.

Fuente. Dibujo realizado por los autores. A continuación una imagen obtenida en las pruebas. Figura 49. Prueba de boca de la vainilla.

Fuente. Imagen tomada por los autores. Después de realizar las pruebas con la cámara Cognex DVT 535 se pudo concluir que la cámara verifica el lacado interior de la vainilla a través de un software (Intellect 1.5) que por medio de una herramienta de conteo de pixeles realiza un análisis comparativo del número de píxeles de un lacado correcto contra la cantidad de pixeles del lacado de las vainillas que pasaban a ser inspeccionadas. A continuación se muestran unas imágenes del conteo de píxeles realizado por la cámara para determinar las vainillas en buen estado.

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Figura 50. Prueba del lacado de boca de la vainilla con Intellect 1.5.

Fuente imagen realizada en el software Intellect 1.5 Esta es la imagen de la boca de la vainilla en el software donde va a ser analizada para su rechazo o para ser aceptada. Figura 51. Selección del área de inspección para lacado superior

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En esta imagen se muestra el proceso para la selección del área que va a ser inspeccionada utilizando el conteo de pixeles, este es el que determinara si la porción visualizada tiene o no el lacado correcto. Figura 52. Análisis Lacado correcto e incorrecto por la cámara Cognex

Fuente: imagen realizada por los autores En la anterior imagen se muestra el análisis que realiza el software para determinar un lacado correcto. En la imagen de la izquierda se observa que hay una porción de la vainilla que no fue lacada por lo que esta vainilla deberá ser rechazada por lacado superior incorrecto, por el contrario la de la izquierda está correctamente lacada por lo que es aceptada. Conjuntamente los autores diseñan un programa en LABVIEW Para analizar el proceso de visión artificial de inspección del lacado superior realizado por la cámara DVT (535). A continuación se muestran (ver figura 53) algunos resultados arrojados por el programa creado en LABVIEW para la aceptación o rechazo de las vainillas por su lacado superior.

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Figura 53. Inspección en LABVIEW.

Fuente: imagen realizada por los autores en LABVIEW. Una vez realizada la aplicación en labview se pudo concluir que es factible inspeccionar el lacado superior de la boca de la vainilla por medio de conteo de píxeles y un análisis comparativo de las imágenes de la misma forma que el software Intellect 1.5. A raíz de los análisis los autores deciden realizar la inspección del lacado superior con la cámara DVT 535. 4.1.2 INSPECCION LACADO INFERIOR. Para el lacado inferior se realizan pruebas con dos tipos de cámaras, y luego se procede a seleccionar la que cumple satisfactoriamente la inspección del lacado del culote. 4.1.2.1 Inspección lacado inferior con cámara IFM Electronic. Con la firma Sensomatic se realizaron pruebas con la cámara de referencia 02D222, como se menciona anteriormente esta cámara no necesita una iluminación externa debido a que tiene un arreglo de Leds interno. A continuación se muestra una imagen de las pruebas realizadas.

68

Figura 54. Pruebas del lacado inferior cámara IFM 02D222.

Fuente. Imagen realizada por los autores. Después de realizar las pruebas se pudo concluir que esta cámara no puede realizar la inspección del lacado inferior ya que solo realiza mediciones del diámetro del fulminante y del culote de la vainilla pero no hace un análisis del lacado que este posee. 4.1.2.2 Inspección lacado inferior con cámara Cogne x. Para la inspección de la laca en la parte inferior se realizaron pruebas con la cámara COGNEX serie DVT 515. La iluminación que se utilizó fue Strobo Cognex por recomendación del proveedor. Esta cámara es dirigida por un software Intellect 1.5 el cual tiene una opción de conteo de píxeles, a continuación se muestra una imagen de las pruebas. Figura 55. Inspección lacado inferior cámara COGNEX

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Fuente: Foto tomada por los autores. Para realizar estas pruebas se manejó una distancia de enfoque entre 6 y 9 centímetros como se muestra en la siguiente figura Figura 56. Distancia y ubicación para inspección lacado inferior.

.

Fuente . Imagen realizada por los autores. Los autores deciden realizar la inspección inferior con la cámara Cognex DVT (515) debido a que realiza la inspección a través del conteo de pixeles mientras que la cámara de la firma IFM solo hace mediciones por lo que sería inservible para esta inspección. 4.1.3 INSPECCIÓN SUPERFICIE DE LA VAINILLA Esta inspección es la más difícil, ya que se debe realizar un completo análisis de toda la superficie de la vainilla y debido a su forma cilíndrica solo se podría realizar de dos maneras poniendo varias cámaras en diferentes puntos para que realicen el análisis de diferentes áreas, pero esto aumentaría el costo del proyecto y habría riesgo que no se cubriera toda la superficie cilíndrica de la vainilla. La otra opción es generar un mecanismo que haga girar la vainilla sobre su propio eje y que una cámara en un punto fijo con ciertas especificaciones se encargue de analizar toda la superficie, a continuación se muestran las pruebas que se realizaron con dos diferentes marcas que poseen cámaras de visión artificial.

70

4.1.3.1 Inspección superficie con cámara IFM Electr onic. Se utilizó la cámara de referencia 02D222 en la detección de defectos superficiales de la vainilla. A continuación se muestra una imagen de las pruebas realizadas. Figura 57. Inspección superficie cámara IFM Electronic.

Fuente. Imagen realiza por los autores. De estas pruebas se obtuvo como resultado que esta cámara solo realiza mediciones por lo que no cumple con los requerimientos para la inspección de la superficie. Debido a que de las opciones mencionadas anteriormente era más viable la de una sola cámara y que la IFM 02D222 no cumplía con estas condiciones los autores diseñan un programa en MATLAB para simular el análisis de los defectos de la superficie con una sola cámara y así presentarle a la Industria Militar (Indumil) la viabilidad de la inspección por este medio. 4.1.3.2 Programa en MATLAB para la simulación de in spección de la superficie de la vainilla. Esta simulación se desarrolla con cámaras web para inspeccionar el contorno de la vainilla. Se construyó una maqueta de pruebas donde la vainilla puede girar en una base sobre su mismo eje, la inspección se realiza por medio de una cámara (WEBCAM) conectada a un computador. Ver figura 58. La primera foto se utiliza para calibrar el punto cero (ver figura 59) después se gira la vainilla 18 grados para obtener la próxima foto este proceso se realiza 20 veces

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hasta completar 360 grados luego se realiza la sumatoria para completar una sola imagen se expanden en un solo plano para poder analizarla y así evaluar toda la superficie de la vainilla Figura 58. Base para simulación

Fuente: Foto tomada por los autores. A continuación se muestra como es el proceso de inspección que realiza el programa. Como primera medida se ubica la vainilla sobre la base y se calibra la cámara respecto a la vainilla para empezar a tomar las fotos. Figura 59. Calibración vainilla.

72

Fuente: Foto tomada por los autores. En esta imagen ya se ha realizado la calibración y se procede a tomar la foto. Luego de tomar la fotografía se añade al programa para valorar su imagen Figura 60. Captura de foto

Fuente: Foto tomada por los autores.

El proceso anterior se repite 20 veces debido a que se mueve cada 18 grados hasta completar los 360 grados. Figura 61. Superficie expandida

Punto de

Calibración

73

Fuente: Foto tomada por los autores Al finalizar la toma de las imágenes que determinan el contorno de la superficie se pasa a analizar la imagen expandida y a determinar si es o no defectuosa Figura 62. Diagnostico de la superficie de la vainilla

Fuente: Foto tomada por los autores En la anterior imagen se observa el diagnostico que muestra el programa sobre la vainilla siendo este negativo debido a la abolladura que se alcanza a ver en la parte de abajo de la imagen y dando como respuesta “DEFECTUOSA”.

74

Figura 63. Superficie de vainilla en buen estado

Fuente: Foto tomada por los autores en Matlab 7.0 Esta imagen muestra el mismo proceso pero mostrando la inspección de una vainilla libre de ralladuras y abolladuras por lo tanto da como resultado “VAINILLA EN BUEN ESTADO”. Ver código del programa en el anexo c Esta simulación se presenta a sub-gerencia técnica de Indumil dando como resultado la aprobación de esta aplicación por lo que se procede a contactar a Multicontrol, empresa que tiene una cámara con características similares a la aplicación desarrollada en MATLAB. 4.1.3.3 Inspección superficie con cámara Cognex. La firma Multicontrol ofrece una cámara Linescan cuyo funcionamiento consiste en tomar una línea de píxeles a alta velocidad e ir desarrollando una imagen con un sistema de sincronizado. Esta cámara tiene una resolución de 1x 2048 píxeles con una velocidad máxima de 18k imágenes por segundo en digitalización, haciendo que su CCD sea uno de los más rápidos en el mercado. Este sistema de visión artificial es ideal para realizar inspecciones continuas en productos como papel, madera, telas, entre otros. Además gracias a sus entrada de alta velocidad puede sincronizarse para realizar el desarrollo de imágenes sobre objetos circulares como el que aparece en la siguiente imagen.

75

Figura 64.Sistema linescan

Fuente: Imagen proporcionada por Multicontrol. Esta cámara debe estar acompañada de un movimiento sincrónico rotacional para que pueda realizar el análisis de la imagen, a continuación se muestra el resultado que arroja la cámara linescan. Figura 65. Imágenes pruebas linescan

Fuente: imágenes tomadas por los autores. En esta imagen (ver figura 65) se observa el resultado que arroja la cámara Linescan después de haber extendido la superficie de la vainilla. Luego el software realiza el análisis (ver figura 66) y muestra si la superficie de la vainilla es correcta.

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Figura 66. Inspección de la superficie

Fuente: Imagen realizada por los autores. Debido a que los resultados obtenidos en las pruebas fueron satisfactorios se decide utilizar la cámara DVT Linescan para la inspección de la superficie. En los tres criterios de inspección se trabaja con las cámaras cognex por lo que el software (Intellect 1.5) para el manejo de las cámaras es estándar, a continuación se hace una explicación mas amplia del programa que se utiliza para la inspección.

4.1.4 PROGRAMA. El software utilizado para programar las cámaras, se denomina intellect 1.5 (ver figura 67), y fue suministrado junto a todo el sistema de visión artificial por Multicontrol. Para poder realizar la inspección esta firma brindó capacitación a los autores con el fin de poder realizar las pruebas anteriormente expuestas. Este software extenso por la variedad de herramientas que dependen del tipo de inspección y medición a realizar; por este motivo se realizara énfasis en un solo tipo de inspección; el contorno de la vainilla.

77

Figura 67 software intellect 1.5

Fuente. Software Intellect 1.5 Cuando abrimos el software se desprende una ventana donde se puede elegir el tipo de cámara DVT y las características generales de cada una como: resolución, si es monocromática o a color, el sensor de imagen, entre otros. Para inspeccionar el contorno de la vainilla se elige la cámara tipo line scan como se vio anteriormente. Ver figura 68

78

Figura 68. Conexión de la cámara con el programa.

Fuente. Software Intellect 1.5 Una vez elegida la cámara obturamos dos veces sobre ella e inmediatamente el software inicia la comunicación con la cámara por medio de una tarjeta la cual tiene un módulo de entradas y salidas digitales las cuales son programables, tal y como se muestra a continuación.

79

Figura 69. Configuración de entradas y salidas digitales

Fuente. Software Intellect 1.5 En la barra de herramientas encontramos un módulo nombrado system explorer, posteriormente se busca la carpeta DVT ETHERNET I/O donde aparecen 16 puertos divididos en 8 entradas y 8 salidas digitales las cuales se pueden acoplar a sensores para coordinar la adquisición de las imágenes con el movimiento de un motor por medio de un encoder o la señal de un sensor que haga a su vez de testigo cuando el objeto se posicione al frente de la cámara, también para realizar el sistema de selección y rechazo por medio de electroválvulas o solenoides; dependiendo del diseño de la máquina. Después de calibrar las señales del disparador o Trigger presionamos inspeccionar, en este momento la cámara empieza a capturar imágenes que son directamente proporcionales a la cantidad de pulsos establecidos en el disparador. Luego genera una imagen plana de un objeto cilíndrico en esta caso la vainilla, como se puede observar; esta vainilla tiene ralladuras en su contorno ver figura 70

80

Figura. 70 vainilla con defectos en el contorno.

Fuente. Software Intellect 1.5 Existen varias herramientas para el procesamiento de imágenes como por ejemplo identificación de color, medición de la vainilla, conteo de número de pixeles entre otros, para la identificación de los defectos en la vainilla se utilizó conteo de número de pixeles lo cual se explicará con más detalle a continuación. Ver figura 71

Comienza a

tomar imágenes

81

Figura 71. Contorno de la vainilla

Fuente. Software Intellect 1.5 En la parte izquierda de la pantalla se despliega la barra de herramientas. Para realizar las mediciones se escoge counting posteriormente se abre un submenú y se elige pixel counting el cual nos permite escoger distintas geometrías para realizar el conteo sobre la imagen para este caso se tomo el rectángulo. Las dimensiones del área de medición se calibran posteriormente con el fin de cubrir la totalidad de la imagen. Ver figura 72

82

Figura 72. Calibración para el área de medición.

Fuente. IBID. El paso siguiente es especificar el producto “ contorno de la vainilla” y definir los parámetros generales como: descripición de objeto, la región ó el área a inspeccionar, establececimiento de salidas de la cámara, es decir, dos señales por separado una de vainilla aceptada y la otra de vainilla rechazada y los límites máximo y mínimo de píxeles permitidos para aceptar o rechazar la imagen. Ver figura 73

83

Figura 73. calibacion de la region de la imagen a inspeccionar

Fuente IBID En este punto se calibra en los ejes X y Y el tamaño de la región a inspeccionar, es muy impotante cubrir todo el área de la vainilla. Para esto se realizaron unas pruebas para asegurar que se está tomando los 360 grados de la vainilla. la vainilla tiene que estar girando sobre el eje Y sin que se desplace en el eje X para poder realizar la adquisición de la imagen. Este es un requisito mecánico para el funcionamiento de la máquina. A continuación se muestra un ejemplo de los límites máximo y mínimos que debe tener la imagen para ser aceptada. Ver figura 74.

84

Figura 74. limites superior e inferior

Fuente IBID Una vez calibrado los párametros de medición se realizan distintas pruebas con diferentes vainillas con defectos en el contorno, se tiene varias herramientas para vizualizar los resultados en la inspección y contar cuántas vainillas buenas o malas se han analizado y tomar decisiones de selección y rechazo. Ver figura 75

85

Figura 75 Gráfico de aceptada o rechazada

Al mismo tiempo se puede observar el histograma de cada una de las imágenes analizadas y llevar un registro de inspección. Ver figura 76 Figura 76. Histograma de la imagen

Fuente IBID Como se puede obsevar el software esta diseñado para ser una herramienta facil y rapida para realizar la inspección de defectos en una linea de produccion

86

4.2 SELECCIÓN DEL DISEÑO DE LA MÁQUINA. Esquema 1. Etapas de diseño de la máquina.

Como se muestra el el equema 1, el diseño de la máquina inspeccionadora de vanillas depende principalmente de tres etapas; el sistema de alimentación consiste en la forma en que las vainillas serán depositadas en la máquina,el sistema de visión artificial se encargará de analizar las vainillas para posteriormente ser enviadas a la etapa de rechazo la cuál desviará las vainillas defectuosas de aquellas que estén en buen estado. A partir de estas etapas los autores presentan tres posibles diseños que se analizan para determinar cuál presenta las condiciones más óptimas al momento de realizar las etapas tomadas a consideración para el diseño de la máquina. SOLUCIONES PROPUESTAS PARA EL DISEÑO DE LA MÁQUINA . Los bocetos que se plantean están enfocados en los criterios de inspección que se mencionan en el marco de referencia (numerales 2.1.6.1, 2.1.6.2, 2.1.7) Esquema 2. Orden a seguir para determinar el diseño de la máquina. Las siguientes propuestas no especifican ni las dimensiones ni los detalles de los elementos que hacen parte de la misma; solo brindan la información suficiente para comprender el diseño en cada una de las propuestas. De esta manera el lector logrará comprender fácilmente las características generales que los autores

Sistema de

Rechazo

Sistema de visión

artificial

Sistema de

alimentación

Diseño de la

Máquina

Alternativa

#1

Selección de

la alternativa

Alternativa

#2

Alternativa

#3

Diseño definitivo de

la máquina.

87

tomaron a consideración, como base para seleccionar el mejor diseño de la máquina inspeccionadora. 4.2.1 Alternativa No.1. Por medio de un módulo de inspección único el cual consistía en un cilindro en el que cada vainilla se depositaba en éste y era inspeccionada en su contorno y lacado superior utilizando un servomotor que al ser accionado rotaría la vainilla en su propio eje. A continuación se muestra el diseño más detallado a través de imágenes. Figura 77. Alternativa No.1

Fuente. Ibíd. Esta opción podría presentar un represamiento de las vainillas ya que cada una tomaría un tiempo mientras es inspeccionada y las vainillas se acumularían en la entrada del tubo. En este diseño no se consideró el proceso de inspección de lacado inferior debido que al realizar la inspección en un solo módulo, las vainillas serían rechazadas por la parte inferior del tubo y no habría forma de inspeccionar esta parte. 4.2.2 Alternativa No.2. Este pre-diseño consiste en una tolva de alimentación donde se depositan las vainillas, posteriormente una a una caen a un tambor con

88

ocho agujeros el cual por medio de un motor traslada las vainillas a diferentes estaciones en donde están ubicadas las cámaras para el proceso de visión artificial y unos actuadores para el proceso de rechazo. A continuación se presentan unas figuras donde se ubican los elementos principales de este pre-diseño. Figura 78. Alternativa No.2

Fuente. Ibíd. En esta alternativa se podría presentar problemas debido a que la cantidad de agujeros es exactamente la que se necesita para la inspección y para el rechazo por lo que se podrían represar las vainillas en la entrada del tambor. Este tambor tenía un problema de diseño puesto que consistía en tres piezas que serían

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acopladas por soldadura lo cual no aseguraba que la piezas quedaran alineadas entre sí. 4.2.3 Alternativa No.3. Esta alternativa consiste en un diseño similar al No.2 el cual no posee tolva sino que se acopla a la máquina lacadora que se encuentra actualmente en la fábrica, posteriormente caen a un tambor por medio de una manguera, este tambor tiene 12 agujeros de los cuales 1 para la caída de la vainilla, 3 son para los sistemas de inspección, 3 para los diferentes sistemas de rechazo, uno para salida de las vainillas y 4 con el fin de dar tiempo a la velocidad de procesamiento y adquisición de las imágenes de visión artificial. Figura 79. Alternativa No. 3

Fuente. Ibíd. 4.2.4 Selección propuesta del diseño. Entiéndase la calificación, de la tabla 5., de la siguiente manera: Uno = Menos favorable hasta Cinco = Más favorable. Tabla 4. Selección propuesta del diseño.

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Alternativa Confiabilidad Versatilidad Mantenimiento Menor Costo

1 2 1 4 4 2 3 3 4 3 3 5 4 3 3

A partir de los valores mostrados en la tabla se llega a la conclusión que la mejor alternativa para el diseño de la máquina es la tercera puesto que cumple con los parámetros. Luego de haber decidido la mejor opción se procede a establecer la selección de cada uno de los elementos que contiene este diseño. 4.3 DOSIFICADO DE LA VAINILLA. Como se menciona anteriormente el diseño seleccionado se va a acoplar a la máquina lacadora existente en Indumil (ver figura 80) por lo tanto el ingreso de vainillas a la inspeccionadora será de 120 vainillas por minuto, ya que como se menciona en los antecedentes numeral 1.1 esta es la producción de la máquina que se encuentra en la industria militar. Figura 80. Acople de la máquina.

Fuente. Imagen realizada por los autores.

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Figura 81.Fotografía de la parte lateral de la máquina para la distribución de la vainilla

Fuente : Dibujo realizado por los autores en Inventor 2008. Como se muestra en la figura 81 las vainillas se distribuyen por una manguera plástica para guiar las piezas a la inspeccionadora. Las condiciones iniciales de la distribución son:

Estas condiciones están dadas de la siguiente forma.

V0 = 0, Debido a que en el momento de la caída no hay ninguna fuerza ejercida hacia abajo la vainilla parte del reposo por lo que se toma la velocidad inicial como cero. t = 0.5s, Este tiempo viene determinado por la máquina lacadora de donde se reciben las vainillas, debido a que esta máquina produce 120 vainillas por minuto se deduce que en cada segundo se lacan dos vainillas por lo que la diferencia en tiempo entre una y otra es de 0.5 segundos. m = 6 gr, este es el peso de cada vainilla. Ө = 30°, este es el ángulo al que se llegó a través de pruebas para mantener la diferencia de tiempo entre las vainillas. Siendo la velocidad inicial nula, el intervalo de tiempo entre una vainilla y otra es de medio segundo, el peso de la vainilla es el indicado, y el ángulo de inclinación es de 30º. Con esto valores se hace el análisis de caída libre en plano inclinado. Figura 82. Imagen de fuerzas ejercidas por la vainilla

92

Fuente : www.fisicapractica.com/plano-inclinado.php&usg Mayo 25 de 2009 14:00 Lo que se desea hallar es la distancia entre una vainilla y la otra, si la separación de ellas es de 0.5s. Para ello se hace el siguiente análisis.

El coeficiente de fricción entre el acero y el plástico es aproximadamente 0.5, por lo tanto la aceleración en x es:

La distancia entre vainillas es de aproximadamente ocho centímetros con un coeficiente de 0.5. A continuación se presentan otras posibilidades iterando el coeficiente y el ángulo: Tabla 5. Iteraciones de coeficiente y ángulo para hallar posición Ángulo= 30º Coeficiente 0.4 0.45 0.55 0.6 X (cm) 18.3 13.52 2.9 -2.4 (no baja) Coeficiente= 0.5 Ángulo 20 25 35 40 X (cm) -15.6 (no baja) -3.0 (no baja) 20.1 31.85 Fuente : Realizado por los autores Está claro que con estas iteraciones el mejor ángulo es el de 30º debido a que uno menor no permite el avance y uno mayor iría muy rápido con respecto a la

93

gravedad. El coeficiente de fricción entre el latón y el plástico es poco frecuente, debido a eso se diseñó un algoritmo que calcula la distancia a diferentes coeficientes y se deduce 0.5 debido a las referencias bibliográficas12 Por lo tanto el dosificado de la vainilla depende del ángulo de inclinación de la manguera, y se diseña un mecanismo que recibe una por una. Esto se demuestra en la siguiente sección. 4.4 SISTEMA DE TRANSLACIÓN Una vez definido el diseño mecánico del plato transportador (ver figura 83) se realiza el cálculo del motor del plato transportador el cual se describe a continuación: Para poder realizar los cálculos del motor es necesario mencionar las características del plato transportador. El plato transportador consiste en un mecanismo que contiene 12 etapas: En la 5 etapa (agujero) están ubicadas dos cámaras de visión artificial donde se realiza la inspección de lacado interior de boca y el contorno de la vainilla esta inspección se realiza en 300 ms En la etapa 7 está ubicada la cámara que realiza la inspección del lacado de fulminante luego se realiza la selección por las etapas 8, 9 y 10 por medio de tres cilindros neumáticos normalmente abiertos los cuales dejan caer la vainilla según el defecto que tenga y por la etapa 11 caen las vainillas en buen estado. Figura 83. Plato trasportador de vainillas.

Fuente: dibujo realizado por los autores en inventor 2008 En el momento de realizar las pruebas con las cámaras de visión artificial se estandarizo 500ms tiempo total de inspección, este tiempo puede variar. Si la 12

Coeficiente extraído de: http://www.resopal.com/IT/es/RO/Soportes/Metacrilato.htm Mayo 15 de 2009

21:30

94

vainilla se posiciona en forma adecuada en el mecanismo de inspección disminuyendo a 0.41s. si la vainilla no se posiciona rápidamente los sistemas de visión realizan la inspección en los 500ms. Asumiendo que el tiempo que tarde la inspección sea 0.41s obtenemos: Como el número de agujeros es igual a doce y el tiempo mínimo en la inspección puede ser de 0.41s

• velocidad: = 12agujeros *0.41s (tiempo de inspección)=4.92vueltas/s

asumiendo linealidad • 60s/4.92 =12.1 rpm

Con 0.5s

• velocidad: = 12agujeros *0.5s (tiempo de inspección)=6vueltas/s asumiendo linealidad

• 60s/6 =10 rpm Dimensiones del plato trasportador:

• Diámetro exterior del plato: 25cm • Numero de agujeros: 12 • Angulo entre agujeros : 30 grados • Peso: 3Kg simulado en inventor 2008

Para una mejor comprensión de las dimensiones del plato trasportador remitirse al anexo K planos de la máquina A partir de estos datos se realiza el cálculo de la inercia de la carga y aplicamos la siguiente fórmula:

Donde

Con 4.1s

La Velocidad angular W=

2* 2rMJ =

95

Con 0.5s

La Velocidad angular W=

Según las pruebas con los sistemas de visión artificial la inspección de los defectos de las vainillas se puede realizar en 300ms para la adquisición y procesamiento de las imágenes y 200ms para el giro del motor el cual debe posicionar las vainillas en las diferentes estaciones del plato trasportador. A partir de estos datos se realiza el cálculo de aceleración del disco: Con 4.1s α =

Con 0.5s α =

A continuación se realiza la gráfica de aceleración y desaceleración del motor en 200ms ver tabla 6 con 4.1 s en la inspección Tabla 6. Tabla de aceleración y desaceleración del motor:

Tiempo(mseg) Velocidad 0 0

50 1,25663706 150 1,25663706 200 0

Fuente: realizada por los autores Figura 84. Gráfica del perfil de velocidad del motor.

t

f

∆−

= 0ωωα

96

Fuente: Realizada por los autores

Una vez obtenida la aceleración del disco y la inercia de la carga se calcula el torque de arranque:

Con 0.5s

Tomando un factor de seguridad de un 25%

Con 0.5s

α*IT =

97

Para hallar la inercia total se debe tener en cuenta la inercia del motor; aplicamos la siguiente fórmula:

Para hallar mJ nos dirigimos a las especificaciones técnicas y catálogos de motores para este caso se escoge un motor omron R7M-Ap75030 el cual especifica:

mJ = Entonces

Una vez hallada la inercia total se procede a calcular el torque total

Con 0.5s

Después de hallar el torque total se calcula la potencia

mlt JJJ +=

2

242

.0236475.0

.10*11.2.0234375.0

mkgJ

mkgmkgJ

JJJ

t

t

mlt

=

+=

+=−

ω*TP =

98

Con 0.5s

W Con un Factor de seguridad de 25%

Con 0.5s

W

Para que el plato gire adecuadamente se escogió un servo motor Omron R7M-AP75030 el cual tiene las siguientes características:

• Revoluciones: 3000rpm • Torque: 2.39N.m • Potencia: 750w

El motor se deja sobredimensionado con un factor de seguridad amplio pensando que en un futuro se puedan realizar mejoras en el diseño que implique efectuar cambios en el plato transportador cuando se escale la maquina y se pase del prototipo a la maquina industrial. 4.4.1 Rodamiento El motor no soporta ninguna carga axial gracias a que el mecanismo de soporte del eje es el que aguanta el peso, sólo soporta la carga radial del peso del disco que para el motor es despreciable debido a sus robustas características. El sistema se puede describir mejor en la siguiente gráfica:

99

Figura 85 Sistema de rodamiento del eje

Fuente : Dibujo realizado por los autores en Inventor 2008 Analizando el sistema sólo se presenta cargas combinadas en el rodamiento por lo tanto se dispone de un rodamiento rígidos de bolas el cual permite soportar cargas radiales e incluso altas velocidades. Acorde al motor escogido se especifica en las características técnicas un diámetro de 24 mm. Se requiere saber la vida útil del rodamiento. Si se desean mínimo 50000 h 13 , entonces:

3kg

Las Fuerzas en el rodamiento son:

13

Dato extraído de: SHIGLEY, Joseph “Diseño en Ingeniería mecánica” 6ª Edición Página 711 Tabla 11-4

100

La Fuerza radial se toma del torque del motor y el radio del plato

Y las características del rodamiento son:

Se desea saber la vida del rodamiento. Según Shigley en la sección 11-6 cuando las fuerzas combinadas se presentan, la carga en el rodamiento es:

Donde V=1 cuando el anillo interior es el que gira, e i se define asi:

Para conocer el valor de e, se dispone de la tabla 11-1 del libro de Shigley, si el dato no es exacto, es necesario interpolar para encontrar el valor fijo. Por lo tanto:

El valor se busca en la tabla para conocer los valores de X y Y. En este caso el valor de 0.001962 dice que para valores menores a 0.014 se tomen los datos del primer valor en la tabla:

De la tabla se toman los valores que faltan debido a la condición:

101

Por lo tanto

El tiempo de duración del rodamiento es:

El cálculo indica que el rodamiento soporta las horas requeridas hasta su próximo mantenimiento. 4.5 SISTEMA DE INSPECCIÓN

Para poder realizar la inspección del contorno de la vainilla, la cual es la inspección mas critica fue necesario diseñar un sistema de sujeción que permitiera asegurar la vainilla mientras que un segundo motor la hiciera girar 360 grados con el fin de poder realizar la inspección por toda la geometría de la vainilla como se expuso anteriormente. Este giro se tiene que efectuar en 300 ms según lo expuesto en las pruebas con las cámaras de visión artificial con el fin de cumplir con el requerimiento de 120 vainillas por minuto El sistema de sujeción consta de dos rodillos en plástico (poliestileno) puesto que se requería un material que no rayara la vainilla mientras esta realiza el giro como se muestra en la figura 86 Figura 86. Sistema de inspección del contorno de la vainilla.

102

Fuente Ibíd. Por lo tanto se requiere diseñar los resortes de torsión deseados para fijar la vainilla cuando se hace la inspección (Véase figura 87) Figura 87 Sistema de fijación de las vainillas

Fuente : Ibíd. Para poder calcular los resortes del mecanismo de sujeción y el motor para el giro de la vainilla es necesario hallar el coeficiente de fricción entre los materiales Coeficiente de fricción entre poliestileno y el acero es= 0.3 Para poder fijar la vainilla con el resorte se realiza la simulación en inventor 2008 la cual se puede determinar las siguientes características del resorte:

Resorte

s

103

•

•

•

•

•

Para comprender mejor los cálculos basados en el diseño en inventor (ver figura 88) Figura 88. Diagrama de mecanismo de sujeción

Fuente Dibujo realizado por los autores en inventor 2008

• según el diseño

•

• acorde al diseño

104

•

•

•

• Para poder entender el torque generado por la fricción de la vainilla y el corcho (ver figura 89) Figura 89 Dibujo del corcho y la vainilla

Fuente Ibíd.

Por ilustrar al lector a continuación se muestran diferentes alternativas de corchos utilizados para girar la vainilla (ver figura 90) Figura 90 distintos corchos utilizados

105

Fuente: Imagen tomadas por los autores Se probaron distintos materiales para corroborar cual tenía un mejor desempeño y no rayaba la vainilla siendo el poliestileno el mejor material.

•

•

A continuación se especifican las velocidades de rotación de la vainilla y del corcho sabiendo que para poder inspeccionar una vainillas en todo su contorno los sistema de visón artificial necesitan 300ms

=

= Después de tener la velocidad de rotación del disco se pueden realizar los cálculos para determinar el motor teniendo en cuenta que el corcho pesa aproximadamente 0.045kg con un diámetro de 0.028m A continuación se calculará la inercia de la carga

106

La velocidad angular del disco se sacó en función de la velocidad de rotación de la vainilla entonces obtenemos Velocidad angular final= Acorde las pruebas con los sistemas de visión artificial la aceleración del motor del corcho es la siguiente:

•

•

A continuación se realiza la gráfica de aceleración y desaceleración del motor en 300ms, este tiempo es lo que se demora los sistemas de visión en tomar la imagen y es el tiempo que el motor tiene que girar la vainilla. (Ver tabla 7)

Tabla 7. Tabla de aceleración y desaceleración del motor:

Tiempo Velocidad 0 0

50 3,5903916 250 3,5903916 300 0

Fuente: realizada por los autores.

( )

m^2*kg00000441.0

22/028.0*045.0

2*

2

2

=

=

=

J

kgJ

rMJ

t

f

∆−

= 0ωωα

107

Figura 91. Grafica del perfil de velocidad del motor.

Fuente Ibíd. Una vez obtenida la aceleración del disco y la inercia de la carga se calcula el torque de arranque:

*m

Tomando un factor de seguridad de un 25%

T= *m*1.25=0.000395841N*m

Para hallar mJ nos dirigimos a las especificaciones técnicas y catálogos de motores; para este caso se escoge un motor omron R7M-Ap20030 el cual especifica:

mJ = Entonces

α*IT =

108

Para hallar la inercia total se debe tener en cuenta la inercia del motor. Aplicamos la siguiente fórmula: Una vez hallada la inercia total se procede a calcular el torque total

=(2.53e-5kg*m^2*71.80783208rad/s^2)+0.290984536N*m = 2.93e-1N*m Después de hallar el torque total se calcula la potencia

Con un factor de seguridad de 25%

W314092267.125.105.1P =×= Para que el corcho gire adecuadamente se escogió un servo motor Omron R7M-AP20030 el cual tiene las siguientes características:

• Revoluciones: 3000rpm • Torque: 0.637N.m • Potencia: 200w

Como conclusión se tiene que los motores sobrepasan en gran cantidad con las especificaciones de torque y potencia exigidas por el mecanismo de inspección y de traslación. Sin embargo la industria militar piensa realizar una fase dos (2) del proyecto el cual emigrara el diseño con: Los mecanismos de inspección, selección, los sistemas de visión artificial y el control de la maquina, a una maquina industrial escalando este prototipo para posteriormente pasarla a la línea de producción.

m^2*kg553.2

m^2*g0,0000209km^2*kg00000441.0

−=+=

+=

eJ

J

JJJ

t

t

mlt

α*IT =

W

P

TP

05.1P

rad/s590391604.3m*1N-2.93e

*

=×=

= ω

109

4.5.1RESORTES DEL SISTEMA DE FIJACIÓN DE VAINILLAS Resortes del sistema fijación de vainillas. Acorde al cálculo de la fuerza sobre el brazo del resorte la cual es de 20N hallada anteriormente. Se empieza a especificar las siguientes características:

•

• Los resortes cuando no son precargados deben ajustarse a 30º cada uno. • La longitud de los resortes no puede superar los 20mm debido al espacio

que tienen para trabajar. • El diámetro del eje donde se sujetan los resortes es de 6mm. • Los brazos de palanca por diseño no deben sobrepasar los 0.02mm.

Acorde la figura 89. • Se determina como 1000000 la vida útil de los resortes. • El factor de seguridad de los resortes se escoge mayor a 1.2

Dadas las condiciones de los resortes se procede al diseño. Según las condiciones iniciales los resortes sin carga se deben presentar de la siguiente manera:

Para asegurar la vainilla, el resorte en la posición de ajuste debe llevar una precarga de 5N y cuando el disco gira los resortes deben seguir el rumbo del disco, no importa la carga en ese estado, lo que interesa es que gire libremente el disco. Por lo tanto los ángulos de los resortes son: Tabla 8 Posiciones de los resortes de torsión Posición 0 0º 160º 180º 20º 1 10º 150º 180º 20º

110

2 60º 100º 180º 20º Fuente : Realizado por los autores Se toman las siguientes decisiones a priori:

• Material: Alambre de piano • Tratamiento de extremos: Extremos de torsión directa, 25mm de longitud • Diámetro interior máximo: 6.5mm • Número de espiras activas: 14 • Diámetro del mandril: 6.2 mm

Teniendo la longitud de los extremos se procede a calcular el momento máximo y mínimo, suponiendo que la carga máxima es 10N:

Para el diseño de los resortes se empieza a jugar con dos variables que son el diámetro y el número de vueltas activas. Se comienza con un d=1.1mm. Primero que todo se calculan los esfuerzos principales del resorte para determinar si el diámetro inicial es el correcto.

Los estudios realizados se basan en la teoría de los esfuerzos de los resortes aplicados en el libro Shigley.14 Ahora se procede a calcular el número de vueltas totales para hallar la razón del resorte:

14

SHIGLEY Joseph “Diseño en Ingeniería Mecánica”, Sexta Edición, Capítulo 10, Pág 620-700

111

Donde l1 y l2 son las distancias donde se aplican las fuerzas en los extremos. Ahora con los datos se pretende saber el número de espiras totales del resorte.

La razón del resorte es:

Los ángulos de giro serán:

Por lo tanto la holgura del resorte entre espiras es:

La longitud del resorte es:

La amplitud del esfuerzo es:

Por lo tanto el factor de seguridad es:

112

El diseño del resorte no es satisfactorio debido a que no cumple con el factor de seguridad, por lo tanto para escoger el resorte ideal se diseñó un programa en Matlab para iterar las diferentes variables del resorte. Ver anexo A. Por lo tanto se iterará desde un diámetro de 1.1 hasta 1.6, y un diámetro de resorte desde 7.7 hasta 8.2, para cumplir con el diámetro interior, las demás constantes permanecen iguales, entonces: Tabla 9 Características de los resortes de torsión a diferentes Diámetros de alambre Para: d=1.1

D=7.7 d=1.2 D=7.8

d=1.3 D=7.9

d=1.4 D=8.0

d=1.5 D=8.1

d=1.6 D=8.2

DE 8.8 9.0 9.2 9.4 9.6 9.8 DI 6.6 6.6 6.6 6.6 6.6 6.6 C 7 6.5 6.0769 5.7143 5.4 5.125 Ki 1.119 1.1294 1.1394 1.1498 1.1599 1.17 Ne 0.6890 0.6801 0.6715 0.6631 0.655 0.6470 Na 14.7445 14.7357 14.7271 14.7187 14.7105 14.7025 Kc 0.2505 0.3503 0.4762 0.6327 0.8235 1.053 Ks 0.2388 0.3341 0.4546 0.6042 0.7868 1.0067 Ke 5.1107 7.2382 9.9657 13.4097 17.6715 22.875 Tc 0.4990 0.3569 0.2624 0.1979 0.1518 0.1187 Ts 0.5234 0.3741 0.2750 0.2069 0.1589 0.1242 Te 0.0245 0.0173 0.0125 0.0093 0.0071 0.0055 H 0.1360 0.2069 0.2552 0.2891 0.3135 0.3313 Lt 16.01 17.2949 18.614 19.9544 21.3110 22.678 Sut 2180.7M 2153.3M 2128.5M 2105.7M 2084.8M 2065.3M Sy 1700.9M 1679.6 1660.2M 1642.5M 1626.1M 1611M Sr 1090.3M 1076.7 1064.2M 1052.9M 1042.4M 1032.7M Se 581.5M 574.2 567.6M 561.5M 555.9M 550.8M Sa 402.9M 397.8 393.2M 389.0M 385.2M 381.6M S 535.2M 416.1M 330.2M 266.8M 218.8M 181.8M N 0.7527 0.9561 1.1908 1.4583 1.7603 2.0983 Fuente : Realizado por los autores Los diámetros desde 1.1 a 1.3 no cumplen con el factor de seguridad requerido, y los diámetros de 1.5 y 1.6 exceden la longitud especificada, por lo tanto el mejor resorte es el que se resalta en color verde. 4.5.2 ACTUADORES Como se muestra en la figura anterior y debido a que es un disco, la selección debe hacerse de tal forma que las vainillas pasen y caigan en el lugar indicado. Por lo tanto el mejor diseño fue implementar actuadores normalmente abiertos y

113

con tapas que permiten que la vainilla no se deslice por el lugar incorrecto. Ver figura 92. Figura 92. Actuadores de selección.

Fuente : Dibujo realizado por los autores en Inventor 2008

Debido a la simplicidad de la máquina y a que no hacen esfuerzo alguno los actuadores (a excepción de mantenerse en posición) se quiere diseñar la presión mínima necesaria para funcionar los actuadores. Se seleccionan tres actuadores los cuales cumplen con las siguientes características: Actuadores de selección:

• Microcilindros neumáticos • Forma de funcionamiento: de doble efecto • Diámetro del embolo: 8 mm • Tipo de fijación con accesorios • Carrera: 25 mm • Temperatura ambiente desde -20 hasta 80° C

La carrera del actuador corresponde a la distancia escogida en el diseño entre el plato transportador al actuador El diámetro del embolo se definió según los agujeros del plato transportador para una mejor compresión dirigirse al anexo K planos de la maquina.

114

La fuerza mínima para mantener el cilindro en posición es de 20N debido a que es una fuerza conveniente para mantener los cilindros fijos, entonces: 1 bares = 1x 105 pascal.

Una vez definida la carrera, el diámetro del embolo y obtener la presión de trabajo se procede a seleccionar el cilindro micro de la serie MD8 Microcilindros ISO 6432 ver figura 93 Figura 93 Especificaciones del actuador

Fuente http://www.micro.com.ar/spanish/productos/catalogo/pdf/2es.pdf A continuación se muestra la tabla de especificaciones Tabla 10 características técnicas actuador medidas en milimetros

Fuente http://www.micro.com.ar/spanish/productos/catalogo/pdf/2es.pdf

Por lo tanto el sistema que suministra el aire debe ser superior a 4 Bares

115

4.6 SISTEMA DE CONTROL El sistema de control del motor consiste en un servomotor manejado por su propio servo drive. Se demostrará por medio de simulación el control del motor, y el tipo de control a implementar. Según la teoría de control, el primer paso es identificar las variables del sistema, por lo tanto el sistema es:

M o t o r

E j e

D i s c o

R o d a m i e n t o

Según la teoría de control, el siguiente paso es visualizar el circuito equivalente para así hallar la función de transferencia:

116

T i n

J B T o u t

k

Una vez definido el circuito se procede a despejar las variables del sistema:

• Para la Inercia del Sistema J se tiene la siguiente figura:

Por ser una figura diferente, se analizará la figura por partes. Por lo tanto para el círculo externo:

117

Ahora para el disco interno:

Las barras que permiten el ahorro del material no se tendrán en cuenta, debido a que su inercia es despreciable comparada con los discos.

• Para la constante elástica del eje, se tiene:

• Para la constante viscosa del rodamiento:

Teniendo todas las variables procedemos a desarrollar la función de transferencia:

• Variable de entrada: Torque de entrada • Variable de salida: Torque de Salida

Viendo el circuito y despejando por el método de mallas, tenemos que las ecuaciones son:

118

Transformando a Laplace.

Definiendo la matriz

Como se pudo apreciar en la anterior ecuación, se necesita despejar la velocidad angular para hallar la función de transferencia, por lo tanto:

Desarrollada la función de transferencia, se procede a despejar las variables calculadas anteriormente.

Mediante el programa matemático Matlab, se graficó la función a una entrada impulso unitario:

119

0 1 2 3 4 5 6 7 8

x 10-12

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0x 10

11 Impulse Response

Time (sec)

Am

plitu

de

Y también se produjo una entrada escalón de magnitud 6.3Nm debido a que es el torque inicial del motor:

0 1 2 3 4 5 6 7 8

x 10-12

0

1

2

3

4

5

6

7Step Response

Time (sec)

Am

plitu

de

La gráfica indica que el torque se reduce al iniciar el sistema, por lo tanto, se necesita un controlador que estabilice el sistema.

120

4.7CONTROL

Para analizar el tipo de control a utilizar se evaluan las necesidades de las cámaras COGNEX para realizar la inspección. 4.7.1 ENTRADAS a. Cámara 1 (LineScan)

• Necesita que se le genere una entrada de encoder simulado para segmentar la imagen. Esta puede ser realizada por medio de un PLC

• La señal de Trigger debe ser un tren de pulsos con una frecuencia en relación de cien a uno (100/1) de la señal de encoder simulado para segmentación de imagen

b. Cámara 2 (inspección de lacado superior)

• Necesita una entrada de encoder simulado con una frecuencia en relación a la de segmentación de la imagen de mil a uno (1000/1).

• Las salidas de encoder simulado para las cámaras 1 y 2 deben ser en tiempo real para no perder sincronización ni resolución en la toma de imagen.

c. Cámara 3 (inspección de lacado inferior)

El Trigger debe ser determinado por la presencia de la vainilla. Este puede ser generado por un sensor externo o por control del servomotor principal cuando se detenga el plato principal.

4.7.2 SALIDAS Cámara 1 (LineScan), Cámara 2 (Inspección de lacado superior), Cámara 3 (Inspección de lacado Inferior) Para las cámaras se pretenden manejar cuatro salidas como:

- Señal de paso - Señal de falla - Señal de ocupado - Señal de Adquisición.

4.7.3 MOTORES Para dimensionar los servomotores y generar el movimiento sincronizado del plato transportador de vainillas con el movimiento individual de cada vainilla (spin), contamos con un controlador de movimiento de varios ejes basado en un PLC, el cual debe de estar en la capacidad de generar los movimientos sincronizados a tiempo real de los 2 servomotores y generar señales de Encoder simulado proporcionales a la posición de los servomotores, para retroalimentar a las cámaras de visión artificial para que estas realicen la toma de imágenes según requerimientos de las mismas y éste pueda realizar el control de las demás funciones de la máquina como pueden ser; las seguridades de máquina, rechazo de las piezas detectadas, dosificación de producto, entre otras. Ver figura 94

121

4.7.4 SENSORES DE POSICIÓN Se utilizarán cinco sensores de posición inductivos capaces de detectar la posición de la vainilla en latón los cuales estarán ubicados de la siguiente manera:

• El primer sensor estará ubicado en la entrada del plato trasportador de vainillas

• Tres sensores se ubicarán en los tres diferentes rechazos por defectos en la vainilla

• El último se ubicará en la salida de vainillas en buen estado. Las características técnicas de los sensores son:

o tipo de montaje: blindado o conexión. cable de tres hilos o grado de protección ip67 o salida: normalmente abierta na o protecciones contra corto circuito o verificación de estado mediante led o tensión de trabajo desde 10 hasta 30 vcc o distancia nominal de 5mm o salida NPN con cable.

4.7.5 PLC El PLC debe cumplir con las características mostradas en la siguiente imagen realizada en el software FST 4.0.

122

A partir de lo anterior se escoge un mini PLC CP1H marca OMRON de 24 salidas digitales y 16 entradas digitales. Las entradas son NPN debido a que los sensores inductivos establecidos son NPN (Ver anexo D) Figura 94 controlador lógico programable.

Fuente. Catalogo Multicontrol. 4.7.6 Diagrama de conexión neumática realizada en FLUIDSIM.

Fuente. Imagen realizada por los autores.

123

4.7.7 Diagrama de flujo. Funcionamiento del proceso de inspección de la máquina.

Fuente. Diagrama realizado por los autores.

124

5. Construcción.

Figura 95. Modelo isométrico de la máquina de inspección de vainilla

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008 figura 96 . Modelo real isométrico de la máquina de inspección de vanilla

Fuente: Foto tomada por los autores. 5.1 Dispositivo de transporte de vainillas . Para la construcción de este dispositivo se empleó el mecanizado por arranque de viruta mediante una

125

fresadora vertical. El plato transportador permite girar las vainillas posicionándolas en las diferentes etapas del mecanismo de selección y los sistemas de visión artificial. El material de plato es de Acero SAE O1 con tratamiento térmico (templado). Figura 97. Dispositivo de trasporte de vainillas

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008 A continuación se muestra el trabajo realizado. Figura 98. Plato transportador

Fuente: Foto tomada por los autores.

5.2 Dispositivo de riel de la vainilla : La construcción de este dispositivo se llevó a cabo en el torno y en una curvadora de perfiles, la función de este dispositivo es permitir el direccionamiento de las vainillas a través del plato trasportador. Esta fabricado en acero SAE 01.

126

Figura 99 Dispositivo de riel de la vainilla.

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008 Aquí se puede ver el riel ensamblado con la rodadura paras las vanillas Figura 100 Dispositivo real de riel de la vainilla.

Fuente: Foto tomada por los autores. 5.3Rodadura de la vainilla. La construcción de este dispositivo se llevo a cabo en el torno, la función de este dispositivo es dirigir el trasporte de las vainillas por medio de una escalón que tiene las misma dimensión del culote de la vainilla, gracias a este diseño la vainilla no se sale del mecanismo de trasporte.

127

Figura 101. Rodadura de la vainilla.

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008

Ahora se muestra el trabajo realizado en el torno. Figura 102. Rodadura real de la vainilla.

Fuente: Foto tomada por los autores. 5.4 Mesa. La construcción de este mesa se llevo a cabo con una fresadora vertical véase el plano Anexo K

128

Figura 103. Modelo de la Mesa.

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008 Ahora se muestra el trabajo realizado en la fresadora. Figura 104. Mesa construida.

Fuente: Foto tomada por los autores. 5.5Soporte Mesa: La construcción de este dispositivo se llevo con ángulos de una pulgada con soldadura bisel, la función de este dispositivo es sostener la el peso de la estructura de la máquina.

129

Figura 105. Modelo del soporte Mesa.

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008 Ahora se muestra el trabajo realizado. Figura 106. Soporte Mesa construida.

Fuente: Foto tomada por los autores. Se realizó la simulación en ansys teniendo en cuenta que el peso que debe soportar de todos los componentes el cual es de 30 kilogramos ver anexo J deformación soporte mesa.

130

Figura 107 Simulación de deformación

5.6Soporte rodillos: la construcción de este dispositivo se llevo acabo en la fresadora y los rodillos en el torno de Nylon para no rayar las vainillas , la función de este elemento es sostener la vainilla mientras las cámaras toman la imagen de boca y contorno. Figura 108. Modelo del Soporte rodillos.

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008

131

Ahora se muestra el trabajo realizado en la fresadora. Figura 109. Modelo del Soporte rodillos construidos.

Fuente: Foto tomada por los autores.

5.7Accesorio cámara Linescan: La construcción de este dispositivo se llevo acabo en la fresadora vertical , la función de este dispositivo es sostener la cámara para la toma de imágenes del contorno tiene tres grados de libertad para poder calibrar la cámara para poder tomar una imagen adecuada. Los soportes de la iluminación tienen dos grados de libertad con movimientos rotacionales y trasversales. Figura 110. Accesorio cámara Linescan.

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008

132

Figura 111. Modelo Accesorio cámara Linescan construido.

Fuente: Foto tomada por los autores.

5.8Accesorio cámara boca: La construcción de este dispositivo se llevo a cabo en la fresadora vertical , la función de este dispositivo es sostener la cámara de boca permitiendo acercarse para calibrar la distancia y el Angulo de enfoqué. Figura 112. Accesorio cámara boca.

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008

133

Figura 113. Modelo Accesorio cámara boca construido.

Fuente: Foto tomada por los autores. 5.9Accesorio cámara fulminante: La construcción de este dispositivo se llevo a cabo en la fresadora vertical , la función de este dispositivo es sostener la macara para la toma del lacado de fulmínate se puede calibrar para acercarla en el eje Y Figura 114. Modelo Accesorio cámara fulminante

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008

134

Figura 115. Modelo Accesorio cámara fulminante construido.

Fuente: Foto tomada por los autores. 5.10Accesorio motor abajo : la construcción de este dispositivo se llevo acabo en la fresadora vertical , la función de este dispositivo permite el movimiento en el eje Y para calibrar el rozamiento con las vainillas. Figura 116. Modelo Accesorio motor abajo.

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008

135

Figura 117. Modelo Accesorio motor abajo construido.

Fuente: Foto tomada por los autores. 5.11Sistema de selección de vainillas. Este dispositivo permite seleccionar las vainillas dependiendo de los diferentes tipos de errores como lo son lacado defectuoso de boca, lacado defectuoso de fulminante y defectos superficiales en el contorno de la vainilla. Figura 118 Sistema de selección de vainillas.

136

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008 Figura 119 Sistema de selección de vainillas construido.

Fuente: Foto tomada por los autores.

5.12SOPORTE MOTOR. La construcción de este dispositivo se llevo acabo en la fresadora vertical, la función de este dispositivo es sostener el motor principal que permite el giro del plato trasportador de vainillas. Figura 120. Modelo Soporte Motor.

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008

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Figura 121. Modelo Soporte Motor Construido.

Fuente: Foto tomada por los autores. Con el propósito de establecer los diámetros de las columnas se realiza la simulación de deformación teniendo en cuenta el peso del motor y la carga axial que se genera Ver anexo J Figura 122 Simulación en Ansys del soporte.

Fuente: Imagen realizada por ANSYS

138

5.13Tablero de control. La función de este dispositivo es controlar los dispositivos de control de la máquina como los sistemas neumáticos como los sistemas de visión artificial. Figura 123 Tablero de control.

Fuente: Dibujos realizados por los autores. En inventor 2008 Figura 124. Modelo tablero de control Construido.

Fuente: Foto tomada por los autores

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6. PRESUPUESTO

Tabla 11 ITEM COMPONENTE VALOR IVA VALOR TOTAL

1 Relé de estado solido 36.743,00 $ 5.878,88 $ 42.621,88

2 Socket o base para relevo 9.137,00 $ 1.461,92 $ 10.598,92

3 Fuente de 24VDC capacidad 5A 453.832,00 $ 72.613,12 $ 526.445,12

4 Sensor de proximidad 134.519,00 $ 21.523,04 $ 156.042,04

5 modulo puerto rs232 para plc 133.267,00 $ 21.322,72 $ 154.589,72

6 Mini PLC 1.655.902,00 $ 264.944,32 $ 1.920.846,32

7 3M encoder & power cable 329.715,00 $ 52.754,40 $ 382.469,40

8 conector, CNr88-WT 98.489,00 $ 15.758,24 $ 114.247,24

9

conector para cable de control servomotor 70.351,00 $ 11.256,16 $ 81.607,16

10 servo DRV 200V 3HP 2,0KW 3.989.085,00 $ 638.253,60 $ 4.627.338,60

11 power cable 3 m 323.912,00 $ 51.825,92 $ 375.737,92

12 encoder cable 3 m 376.744,00 $ 60.279,04 $ 437.023,04

13 200V, 2kw,17INC,KEY 574.508,00 $ 91.921,28 $ 666.429,28

14 computador industrial 6.342.980,00 $ 1.014.876,80 $ 7.357.856,80

15 drive para servo 200V/2 fases 1.833.868,00 $ 293.418,88 $ 2.127.286,88

16

modulo expansion 12 entradas/ 8 salidas 524.884,00 $ 83.981,44 $ 608.865,44

17

servomotor de 200W 3000 RPM 1.117.854,00 $ 178.856,64 $ 1.296.710,64

18

cable para iluminacion DVT conector de 12 mm a hilos 152.681,00 $ 24.428,96 $ 177.109,96

19

juego de tubos para extension para lentes 249.842,00 $ 39.974,72 $ 289.816,72

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ITEMCOMPONENTE VALOR IVA VALOR TOTAL

20

Modulo de control para luces

estroboscopicas DVT 444.164,00 $ 71.066,24 $ 515.230,24

21

Espaciador de 10 mm para montaje

de lentes tipo CS 27.760,00 $ 4.441,60 $ 32.201,60

22

lente con montaje CS distancia focal

variable 5-50mm 610.726,00 $ 97.716,16 $ 708.442,16

23 CBL pwr I/0 500 series 25' 208.202,00 $ 33.312,32 $ 241.514,32

24 sensor de vision DVT 515 7.689.589,00 $ 1.230.334,24 $ 8.919.923,24

25 sensor de vision DVT 535 13.227.759,00 $ 2.116.441,44 $ 15.344.200,44

26

tarjeta de conexión para sistemas

DVT 610.726,00 $ 97.716,16 $ 708.442,16

27

camara line scan 1X1048 serie DVT

montaje cs 18.474.446,00 $ 2.955.911,36 $ 21.430.357,36

28

lente de montaje C formato1 de 25

mm 1.471.293,00 $ 235.406,88 $ 1.706.699,88

29

iluminacion doal al color rojo strobo

de 1x1 1.610.095,00 $ 257.615,20 $ 1.867.710,20

30 filtro pasa banda de 660mm rojo 319.243,00 $ 51.078,88 $ 370.321,88

31

iluminación 3'', blanca continua

24vdc 1.596.214,00 $ 255.394,24 $ 1.851.608,24

32 iluminacion 3'', roja continua 24 VDC 1.304.732,00 $ 208.757,12 $ 1.513.489,12

33 iluminacion de anillo roja strobo 4'' 1.859.937,00 $ 297.589,92 $ 2.157.526,92

34

conector codo 3/8''''BSPP Tubo Diam

8 8.580,00 $ 1.372,80 $ 9.952,80

35 bloque dist 4 caras 3/8'' 38.700,00 $ 6.192,00 $ 44.892,00

36 Niple 3/8'' 5.600,00 $ 896,00 $ 6.496,00

37 valvula 3/8'' 79.976,00 $ 12.796,16 $ 92.772,16

38 tubo poliuretano DIAM EXT 6'' 2.288,00 $ 366,08 $ 2.654,08

39 conjunto FR+L10 BAR 50 M 159.600,00 $ 25.536,00 $ 185.136,00

40 conECtor recto 3/8'' 7.238,00 $ 1.158,08 $ 8.396,08

41 MD8 NG/ iman Actuador 91.688,00 $ 14.670,08 $ 106.358,08

42 REG VELOCIDAD 34.092,00 $ 5.454,72 $ 39.546,72

43

electro valvulas val SB 5/2'' MOD Elec

24 Vcc 131.738,00 $ 21.078,08 $ 152.816,08

44 conector recto 1/8'' DIAM 8 4.734,00 $ 757,44 $ 5.491,44

45 conector recto 1/8'' DiAM 6 4.248,00 $ 679,68 $ 4.927,68

46 silenciador simple Macho de 1/8'' 7.388,00 $ 1.182,08 $ 8.570,08

47 Montaje PIE cilindro diametro 8 6.876,00 $ 1.100,16 $ 7.976,16

48 tablero de control. 6.300.000,00 $ 1.008.000,00 $ 7.308.000,00

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BIBLIOGRAFÍA José F. Vélez serrano “visión por computador” segunda Edición SHIGLEY JOSEPH “Diseño e ingeniería mecánica”, Editorial Mc Graw Hill sexta Edición Cámaras de visión artificial – Cognex. Disponible en http://www.cognex-spain.com/ Visión Artificial --Procesamiento de imágenes. Disponible en http://www.angelfire.com/al4/is447/index_archivos/page0002.htm Vision por Computadora –Historia Disponible en. http://en.wikipedia.org/iki/Programmable_logic_controller Publicado en Escaño Policial Asturias (nº1 Diciembr e 2003) EscañoPolicial (nº48 Marzo 2005) Escaño Policial (nº49 Julio 2005) Escaño Policial (nº50 Noviembre 2005) MacLantarón © copyright Diciembre 2003 . Todos los Derechos Reservados.®

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RESUMEN ANALITICO DE ESTUDIO

(R.A.E)

FECHA DE ELABORACION: Noviembre de 2009 AUTORES: MONTENEGRO ARANGO, Luis Andrés GAMBA FONSECA, Juan Carlos VANEGAS BUENO, Carlos Alberto TITULO: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA INSPECCIONADORA CON SISTEMA DE VISIÓN ARTIFICIAL PARA VAINILLAS CALIBRE 5.56MM. AREA DE INVESTIGACION: AUTOMATIZACION´DE PROCESOS PALABRAS CLAVES: VAINILLAS, CÁMARAS DE VISIÓN ARTIFICIAL, SERVOMOTORES, LACADO, ACTUADORES, PLC. DESCRIPCIÓN: En este proyecto plantea el diseño y construcción de una inspeccionadora con sistema de visión artificial para vainilla calibre 5.56mm, enmarcado en una necesidad planteada por la Industria Militar de Colombia (Indumil). En este proyecto se hace una propuesta para la inspección de vainillas calibre 5.56 mm en donde se revisará el lacado superior, inferior y una superficie libre de ralladuras y abolladuras. Para ello se plantea una inspección por medio de visión artificial como una solución apta a la necesidad planteada. Se hace referencia a la importancia que tienen las cámaras de visión artificial como componente fundamental para el funcionamiento de la inspeccionadora, también un análisis teórico-práctico de los elementos que van a componer dicha máquina. Del mismo modo se realiza un completo desarrollo de selección de los diferentes elementos que componen una inspeccionadora de vainillas calibre 5.56mm, siendo el más importante la selección de las cámaras de visión artificial valorando su facilidad de adquisición y el reemplazo de sus piezas .

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CONTENIDO: Para la industria, la calidad es uno de los factores más importantes en el desarrollo de sus productos logrando así tener una competitividad alta en el mercado. Uno de los controles de calidad que se hacen en la Industria Militar es la inspección de las vainillas, proceso que se realiza para dar cumplimiento con los estándares de calidad que las empresas (en este caso INDUMIL) demandan. El proyecto que se presenta, tiene como objetivo plantear una solución para realizar un control de calidad haciendo de este, un proceso sencillo y económico en cuanto a la selección de las vainillas de acuerdo a su lacado. Los procesos de control de calidad exigen una constante inspección; proceso que anteriormente era realizado por operarios que no garantizaban un excelente control, pero gracias a ingenierías como la Mecatrónica y a su continuo desarrollo tecnológico hacen que hoy en día a través de la tecnología estos procesos de control de calidad se vuelvan 100% confiables. Para este proyecto se emplean diferentes elementos que la Ingeniería Mecatrónica brinda para el desarrollo tecnológico, como el diseño de sistemas de sensado, diseño mecánico y de inspección que usan el desarrollo de visión artificial y el control de procesos a través de elementos modernos tales como el PLC. La solución ingenieril planteada propone el diseño y simulación de una máquina automatizada con características industriales apta para el trabajo de selección de vainillas de acuerdo a su lacado y a su superficie garantizando la calidad del producto al finalizar su fabricación. CONCLUSION: Se realizó la construcción de una máquina inspeccionadora de vainillas calibre 5.56mm implementando sistemas de visión artificial la cual mejora el factor de calidad de la industria militar (INDUMIL) y a su vez ayuda a aumentar la línea de producción. BIBLIOGRAFÍA José F. Vélez serrano “visión por computador” segunda Edición SHIGLEY JOSEPH “Diseño e ingeniería mecánica”, Editorial Mc Graw Hill sexta Edición Cámaras de visión artificial – Cognex. Disponible en http://www.cognex-spain.com/ Visión Artificial --Procesamiento de imágenes. Disponible en http://www.angelfire.com/al4/is447/index_archivos/page0002.htm Vision por Computadora –Historia Disponible en. http://en.wikipedia.org/iki/Programmable_logic_controller Publicado en Escaño Policial Asturias (nº1 Diciembr e 2003) EscañoPolicial (nº48 Marzo 2005) Escaño Policial (nº49 Julio 2005) Escaño Policial (nº50 Noviembre 2005) MacLantarón © copyright Diciembre 2003 . Todos los Derechos Reservados.®

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