interfaz de usuario para el reconocimiento y separaciÓn de

I N S T I T U T O P O L I T É C N I C O N A C I O N A L ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA EN CONTROL Y

AUTOMATIZACION

INTERFAZ DE USUARIO PARA EL RECONOCIMIENTO Y

SEPARACIÓN DE TAPAS DE PLÁSTICO EN UNA LÍNEA DE

PRODUCCIÓN T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

P R E S E N T A N

ADRIÁN OLOPA RODRÍGUEZ

CUAUHTÉMOC CUAMATZI FLORES

A S E S O R E S

M. EN C. PEDRO FRANCISCO HUERTA GONZÁLEZ

M. EN C. MAURICIO AARÓN PÉREZ ROMERO

MÉXICO D.F. DICIEMBRE 2015

i

INTERFAZ DE USUARIO PARA EL RECONOCIMIENTO Y SEPARACIÓN DE TAPAS DE PLÁSTICO EN UNA LÍNEA DE

PRODUCCIÓN

CONTENIDO

RESUMEN iv

OBJETIVO v

ALCANCE vi

INTRODUCCIÓN vi

CAPÍTULO I. ANTECEDENTES DE LA INTERFAZ DE USUARIO

1.1 ANTECEDENTES 1

1.2 INTERFAZ HOMBRE MAQUINA PARA EL RECONOCIMIENTO DE

PRODUCTO NO CONFORME

2

1.3 PLATAFORMAS PARA EL RECONOCIMIENTO DE IMÁGENES 3

1.3.1 SHERLOCK 4

1.3.2 VISUAL APPLETS 4

1.3.3 HALCON 5

1.3.4 NI VISION 6

1.3.4.1 NI VISION BUILDER FOR AUTOMATED INSPECTION (AI) 7

1.3.4.2 NI VISION DEVELOPMENT 7

1.3.4.3 NI VISION ACQUISITION 7

1.4 APLICACIONES DEL RECONOCIMIENTO DE IMÁGENES 8

1.4.1 LECTURA DE DATOS 8

1.4.2 HUELLAS DACTILARES 9

1.4.3 DETECCIÓN DE ROSTROS 10

1.4.4 VENTAJAS DEL RECONOCIMIENTO DE IMAGENES 11

1.5 CONDICIÓN ACTUAL DEL PROCESO 12

1.6 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 13

1.7 REQUISITOS DEL SISTEMA 14

CAPÍTULO II. PROPUESTA DE DESARROLLO

2.1 NECESIDADES Y REQUERIMIENTOS 16

2.1.1 LabVIEW 16

2.1.2 TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS (DAQ) 16

2.1.3 CÁMARA 18

2.1.4 ACTUADOR 19

2.2 PROPUESTA DE DESARROLLO 21

2.3 MATERIAL Y EQUIPO 22

2.4 DIAGRAMAS ESQUEMATICOS 23

ii


PRODUCCIÓN

CAPITULO III. CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO

3.1 BANDA TRANSPORTADORA 30

3.2 CUBIERTA 30

3.3 TABLERO DE MANDO 35

3.4 SISTEMA DE VISIÓN Y COMUNICACIÓN 45

3.5 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO 46

CAPÍTULO IV. INTERFAZ DE USUARIO

4.1 CONFIGURACIÓN DE LA ADQUISICIÓN DE IMÁGENES 52

4.2 CREACIÓN DEL PATRÓN 55

4.3 DETENCIÓN DE LA BANDA TRANSPORTADORA 68

4.4 ACTIVACIÓN DEL DESVIADOR 70

CAPÍTULO V. PRUEBAS Y RESULTADOS

5.1 CRITERIO DE FUNCIONAMIENTO 75

5.2 SEPARACIÓN 76

5.3 IDENTIFICACIÓN DE OBJETOS EXTRAÑOS 77

5.4 RESULTADOS 79

5.4.1 TIEMPO DE OPERACIÓN 79

5.4.2 SISTEMA DE SEGURIDAD 80

5.4.3 HMI 80

5.4.4 PUESTA EN PLANTA 80

5.4.5 COSTOS 81

CONLUSIONES 84

TRABAJOS A FUTURO 85

REFERENCIAS 86

APÉNDICES

A. DIAGRAMA A BLOQUES SEPARACIÓN DE TAPAS PLÁSTICAS 91

B. ETAPA DE POTENCIA (DISEÑO EN PCB WIZARD) 92

C. PLANOS 93

iii


PRODUCCIÓN

ANEXOS

MOTOR A PASOS 103

NI USB-6008 104

ULN2803A 107

CÁMARA LOGITECH WEBCAM C170 111

iv


PRODUCCIÓN

RESUMEN

Mediante el desarrollo del presente proyecto se buscó dar solución a los

siguientes problemas: Corrección de un mal sellado en las tapas plásticas y

detección de objetos que pudieran dañar al desviador. Para poder llevar a

cabo lo anterior, se desarrolló un prototipo. El cual consta de una banda

transportadora a travéz de la cual pasan tapas plásticas que son

observadas mediante cámaras web, además de una interfaz hombre

maquina (HMI) en la cual se pueden apreciar los objetos que pasan por la

banda transportadora.

Para lo anterior se planteó el uso de un desviador eléctrico el cual tiene la

función de separar las tapas que no cuenten con sello, también se

realizaron modificaciones a la banda transportadora, esto con el fin de

que las tapas que pasan a travez de ella pasen por el punto exacto en el

que la cámara detecta de manera adecuada la tapa, A si mismo se

desarrolló un algoritmo de programación mediante la plataforma de

labview el cual se encarga de procesar la imagen y tomar la decisión de

separarla o dejarla pasar.

Por último se obtuvo una interfaz gráfica para el reconocimiento y

separación de tapas. Como conclusión principal, este proyecto se puede

aplicar ya que cumple con los objetivos planteados y no se requiere

realizar modificaciones importantes en la banda transportadora.

v


PRODUCCIÓN

OBJETIVOS

Objetivo general.

Diseñar una interfaz gráfica para el reconocimiento, separación y

monitoreo de tapas plásticas en una línea de producción, mediante un

sistema de procesamiento de imágenes. Con el fin de disminuir tiempos de

verificación en el proceso.

Objetivos específicos.

Adecuar una banda transportadora al sistema de tapas plásticas.

Adaptar un sistema con actuador eléctrico para realizar la

separación del producto.

Establecer un sistema de adquisición de datos con el fin de adquirir

señales visuales para la identificación de fallas en las tapas plásticas.

Generar un algoritmo para el procesamiento de imágenes y toma

de decisiones.

Implementar protocolos de seguridad en condiciones definidas por

el usuario.

vi


PRODUCCIÓN

ALCANCE

En el presente trabajo se plantea el diseño de la HMI y el sistema de

adquisición de imágenes para separar las tapas que no cuentan con el

sello adecuado para pasar a la siguiente parte de la línea de producción.

Además de contar con un protocolo que permite detener la banda

cuando detecta objetos de un tamaño superior al de la tapa plástica y

puedan afectar al desviador eléctrico.

Se construye una banda transportadora con un motor monofásico de CA

que permite desplazar las tapas de plástico. Se diseña un tablero de

control que permite detener y arrancar la banda transportadora así como

un paro de emergencia. En su interior se encuentra la DAQ que por medio

de un algoritmo programado permite activar el actuador hacia un

contenedor de tapas consideradas como producto no conforme, así

como la detención de la banda cuando detecta objetos que pudieran

dañar el desviador.

Además se propone un cuarto de cámaras el cual crea un ambiente

aislado del exterior para la identificación del producto

independientemente de que existan cambios de luminosidad a su

alrededor.

vii


PRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

Mediante el desarrollo del presente proyecto se busca dar solución a los

siguientes problemas: Corrección de un mal sellado en las tapas plásticas y

detección de objetos que pudieran dañar al desviador. Para poder llevar a

cabo lo anterior, el proyecto se dividió en 5 capítulos donde se detalla

cómo se desarrolló el prototipo. En el capítulo I se describen los

antecedentes de una HMI, se enfoca en el uso de HMI para el

reconocimiento de fallas en etapas de producción, también se describen

medios para detectar fallas, así como programas de cómputo con los

cuales se podría realizar esta tarea.

En el capítulo II se describen las necesidades y requerimientos y la

propuesta de desarrollo, posteriormente se presentan los diagramas

esquemáticos y eléctricos para poder comprender como funciona el

prototipo; además se enlista el material empleado. En el capítulo III se

detalla la construcción del prototipo y cada una de las partes que lo

contienen como son: cubierta, tablero de mando y circuito impreso. En

este capítulo se muestra a detalle cómo es que se ensambló paso a paso

tanto exterior como interiormente.

En el capítulo IV se explica cómo se desarrolló la programación para poder

llevar a cabo la separación de tapas, detallando la parte de adquisición

de visión con LabVIEW, así como también se explica la forma en que se

crean los patrones y el algoritmo que se usó para mover el motor a pasos.

Por ultimo en el capítulo número V se muestran las pruebas y resultados

donde se observa que el prototipo funciona de manera correcta, desde el

tablero de mando se arranca y se para la banda, la separación de tapas

la realiza comparándola con el patrón, así como cuando la cámara

viii


PRODUCCIÓN

detecta algún objeto extraño también se observan los tiempos de

operación antes y después de la implementación del prototipo.

1

INTERFAZ DE USUARIO PARA EL RECONOCIMIENTO Y SEPARACIÓN DE TAPAS DE PLÁSTICO EN UNA BANDA

TRANSPORTADORA

CAPÍTULO I. ANTECEDENTES DE LA INTERFAZ DE USUARIO

En éste capítulo se describen los antecedentes que dieron paso a la

interfaz de usuario, los medios de identificación de fallas más comunes y las

aplicaciones que tienen los sistemas de visión.

1.1 ANTECEDENTES

Una de las técnicas iniciales en el desarrollo de una interfaz fue

implementada en 1963 por Ivan Sutherland quien desarrolló Sketchpad

para su tesis doctoral, la cual marcó el inicio de los gráficos por

computadora (Donald y M. Pauline, 2006). El desarrollo anterior conllevó a

la creación de algoritmos y hardware que permiten mostrar y manipular

objetos con mucho más realismo, con la finalidad de conseguir gráficos

interactivos.

Los principales cimientos para la creación de una HMI (Human Machine

Interface), fueron el artículo sobre la simbiosis hombre-ordenador (Licklider,

1960), el trabajo titulado “Aumentando el intelecto humano” (Douglas,

1963) y los prototipos Dynabook y Smalltalk (Kay y Goldberg, 1977), estos

dieron origen a la interacción humano-máquina como fueron el dispositivo

apuntador (mouse), pantallas con mapas de bits, computadoras

personales, la metáfora de escritorio, las ventanas y los punteros para dar

clic. Al trabajar con sistemas operativos provoco la realización de nuevas

técnicas para hacer las interfaces de dispositivos como son la

entradas/salidas, controles de tiempo, multiprocesadores para casos como

son la apertura de diversas pantallas o que hubiesen animaciones.

Una interfaz es un dispositivo, método y protocolo (conjunto de convenios)

que permite la comunicación entre dos entidades distintas, que pueden

ser físicas o no (Fernando, Juan y Eduardo, 2006). En una computadora,

2


TRANSPORTADORA

una interfaz es tanto un grupo de especificaciones como una entidad

lógica o física. Una interfaz humano-máquina es un conjunto de dispositivos

que la máquina en acción debe presentar al usuario para proporcionarle

la mejor adaptación posible ante sus mecanismos de entrada y salida

(Fernando, Juan y Eduardo, 2006).

Una interfaz actúa como intermediario entre el sistema informático y el

usuario. La interfaz es la forma en la que las funciones del programa se

ponen a disposición del usuario de una forma básica, incluyendo

elementos como menús, teclado, ratón, algunos sonidos que el ordenador

produce y en general todos aquellos canales por los cuales se permite la

comunicación entre el usuario y el dispositivo (Fernando, Juan y Eduardo,

2006). La interfaz según su naturaleza se divide en:

Una interfaz de hardware: incluyendo los dispositivos utilizados para

introducir, procesar y entregar los datos: teclado, ratón, pantalla, etc.

Una interfaz de software: destinada a entregar información acerca

de los procesos, aplicaciones y herramientas de control. Se

manifiesta a través de lo que el usuario observa en la pantalla.

Generalmente una interfaz de usuario contiene paneles compuestos por

indicadores y comandos, como pueden ser: luces piloto, indicadores

digitales y análogos, registradores, pulsadores, selectores además de otros

que se interconectaban con la máquina o proceso.

En la actualidad debido a que las máquinas y procesos casi siempre están

implementadas con controladores y otros dispositivos electrónicos que

dejan disponibles puertos de comunicación, es posible contar con sistemas

de HMI eficaces, y así permitir una conexión más sencilla y económica con

el proceso o con las máquinas. Los sistemas HMI en computadoras se les

3


TRANSPORTADORA

conoce también como plataformas de computo o de monitoreo y control

de supervisión.

1.2 INTERFAZ HOMBRE MAQUINA PARA EL RECONOCIMIENTO DE PRODUCTO

NO CONFORME

Para proveer disponibilidad y seguridad tanto para el personal como para

las máquinas, Schneider Electric ha desarrollado arquitecturas integradas

para cubrir varias aplicaciones tales como Sistemas de Parada de

Emergencia, sistemas de Gas y Fuego, Sistemas de Gestión de

Quemadores y Protección de Calderas (Schneider Electric, 2015).

Cualquier incidente o evento inesperado es almacenado en un archivo de

secuencia de eventos, reportado al cuarto de control y seguridad,

desplegado dinámicamente en una Magelis HMI, utilizando el software

Scada Vijeo Citec.

En los barcos pesqueros de alta mar, es muy necesario conocer las

temperaturas de las cámaras de frío para poder ser controlado minuto a

minuto el estado de los distintos componentes mecánicos y eléctricos del

barco. Esto se logra recogiendo las señales de las máquinas, motores,

iluminación y otros, que se procesan y se puede reportar a un software HMI

o sólo dar alarmas de fallas o cambios de eventos. Además, en planta de

proceso, donde es muy importante saber las temperaturas de las cámaras

de frío y la cantidad de producción llevando un histórico y reportes de

alarmas.

1.3 PLATAFORMAS PARA EL RECONOCIMIENTO DE IMÁGENES

Los software que permiten esta aplicación, han ido creciendo, entre los

que se encuentran los siguientes:

4


TRANSPORTADORA

1.3.1 SHERLOCK

Sherlock es un software de visión industrial específicamente diseñado para

facilitar el desarrollo de aplicaciones de visión tales como: alineación,

medida, inspección, verificación de conexiones, y tareas de guiado de

maquinarias (Infaimón, 2015). Este sistema no necesita ningún

conocimiento de lenguajes de programación, y facilita, a los Integradores

de Sistemas y a los clientes finales de sistemas de visión industrial, un

entorno que les permite reducir el tiempo de desarrollo y la puesta en

funcionamiento de los sistemas (Figura 1.1).

Figura 1.1 Detección de irregularidades en una superficie

1.3.2 VISUAL APPLETS

Visual Applets incluye más de 200 funciones para proceso y análisis de

imagen en hardware y en tiempo real, tanto a nivel estándar como

avanzado. Las imágenes son procesadas mediante la combinación de

módulos de operaciones, módulos de filtro y links de transporte (infaimon,

2015). Visual Applets incorpora herramientas para realizar operaciones

aritméticas y morfológicas para manipulación y control de píxeles,

clasificación lógica de tareas, módulos complejos de procesado de color,

operaciones para análisis de estadísticas y procesado de secuencias de

imágenes. Otras de las funciones en la que destaca es en la conversión de

formatos y segmentación (Figura 1.2).

5


TRANSPORTADORA

Figura 1.2 Entorno de trabajo del software Visual Applets

1.3.3 HALCON

HALCON permite un rápido desarrollo de aplicaciones de visión (infaimon,

2015), de la misma forma, al ser un entorno fácilmente configurable,

permite dar solución tanto a necesidades de visión industrial como de

procesado de imagen (Figura 1.3).

Figura 1.3 Entorno de trabajo del software HALCON

6


TRANSPORTADORA

HALCON es completamente funcional tanto en plataformas avanzadas

Multi-Core como en distintos formatos de hardware de proceso,

permitiendo incluso la utilización de HALCON en cámaras inteligentes sin la

necesidad de utilizar una PC como unidad de proceso. Además se pueden

realizar aplicaciones de visión para el análisis morfológico de objetos,

reconocimiento de patrones, códigos de barra/matriz, OCR (Optical

Character Recognition), aplicaciones de clasificación de color así como

una amplia librería de análisis para aplicaciones en 3D.

1.3.4 NI VISION

National Instruments ofrece herramientas de hardware y software para

adquisición y procesamiento de imagen para resolver aplicaciones como

control de calidad y procesos, pruebas automatizadas para aplicaciones

de semiconductores, automotrices y electrónicas, monitoreo inteligente e

imagenología médica (National Instruments, 2015). Como se muestra en la

Figura 1.4.

Figura 1.4 Equipos de NI Vision

7


TRANSPORTADORA

1.3.4.1 NI VISION BUILDER FOR AUTOMATED INSPECTION (AI)

Permite configurar, evaluar e implementar sistemas completos que

resuelven aplicaciones de visión como clasificación, lectura de códigos,

detección de presencia, metrología y alineación de precisión. Vision

Builder AI simplifica el proceso de desarrollo y mantenimiento al reemplazar

las complejidades de programación con un entorno de desarrollo

interactivo guiado por un menú, sin tener que sacrificar el rendimiento o la

funcionalidad.

1.3.4.2 NI VISION DEVELOPMENT

El Módulo Vision Development es una extensa biblioteca con cientos de

funciones para visión donde se puede programar usando el software

LabVIEW y varios lenguajes basados en texto. Con esta opción se pueden

usar otros módulos y juegos de herramientas de LabVIEW para crear

aplicaciones más personalizadas y realizar prototipos de sus algoritmos y

generar código con el Vision Assistant incluido.

1.3.4.3 NI VISION ACQUISITION

El Software Vision Acquisition es un software controlador para adquirir,

visualizar, registrar y monitorear imágenes desde varios tipos de cámaras.

Este software incluye NI-IMAQ, un controlador gratis para adquirir desde

cámaras analógicas, digitales paralelas, Camera Link y NI Smart Cameras,

así como NI-IMAQdx para adquirir desde GigE Vision, cámaras IEEE 1394

compatibles con IIDC, IP (Ethernet) y dispositivos USB compatibles con

DirectShow como cámaras, webcams, microscopios, escáner y varios

productos de imagen. En la Figura 1.5 se aprecia un ejemplo usando la

herramienta Vision Acquisition.

8


TRANSPORTADORA

Figura 1.5 Ejemplo en LabVIEW utilizando Vision Acquisition

1.4 APLICACIONES DEL RECONOCIMIENTO DE IMÁGENES

En la industria, como campo general de desarrollo, el reconocimiento de

imágenes está íntimamente ligado a un sistema de procesamiento que

ofrezca una alta calidad y seguridad en su utilización práctica.

1.4.1 LECTURA DE DATOS

El texto legible por humanos es el modo preferido de etiquetar artículos

para objetivos como el rastreo con números de serie, la notificación de

fecha de vencimiento (ver Figura 1.6), el tipo de artículo, el número de lote

y/o la descripción del valor nominal (sabia, 2015). El reconocimiento de

carácter óptico gira en torno a una marca en una imagen digital con una

serie de caracteres, para lectura o comprobación del contenido.

Figura 1.6 Fecha de vencimiento de un medicamento

http://sabia/

9


TRANSPORTADORA

Los dispositivos de impresión industriales usan una gran variedad de

tecnologías resultando de una innumerable cantidad de apariencias al

momento de generar una imagen, un lector robusto debe estar

capacitado para procesar de manera fidedigna cualquier tipo de marca.

De ser necesario, el proceso de reconocimiento puede ser facilitado

mediante el entrenamiento con muestras representativas de los tipos de

impresión.

1.4.2 HUELLAS DACTILARES

Para la identificación por medio de huellas dactilares la estrategia a seguir

es la observación de puntos singulares. Los puntos con mayor

concentración de puntos singulares (80%) se encuentran cuando se

termina una línea y donde se bifurca una línea (sabia, 2015). A estos puntos

se les llama minucias (Figura 1.7). Después a cada minucia se le atribuye

una posición y una orientación. El proceso de obtención de las minucias

recibe el nombre de filtrado. Una vez filtrada una huella para buscar

coincidencias con las huellas almacenadas en la base de datos se realiza

el emparejado.

Figura 1.7 Detalles de las minucias dentro de una huella dactilar

http://sabia/

10


TRANSPORTADORA

1.4.3 DETECCIÓN DE ROSTROS

Como existe una gran cantidad de aplicaciones de detección de rostros,

el funcionamiento varía de unas a otras, pero independientemente de los

patrones empleados por cada programa hay una serie de pasos comunes.

Una vez obtenida una imagen (ya sea empleando cámaras dedicadas a

aplicaciones de seguridad o webcams domésticas) el primer paso consiste

en la extracción de la cara de la imagen.

Para ello se obtienen puntos singulares con los que centrar la imagen, los

ojos por ejemplo. De esta imagen centrada se normaliza a un tamaño y

profundidad específicos para después extraer rasgos de ella (estos

primeros pasos son comunes a la mayor parte de aplicaciones de visión

artificial). En la Figura 1.8 se detalla como una imagen se divide en bloques

menores y se almacena en una matriz.

Figura 1.8 Almacenamiento de la imagen en una matriz

Finalmente se procesan los datos de las nuevas imágenes y se generan sus

“Eigenfaces”, conjunto de vectores propios, mediante un proceso

matemático llamado ACP (Análisis Factorial General); Figura (1.9). Es decir

se separa la información de la cara en una serie de autovectores,

derivados del análisis estadístico de un gran número de rostros. Después se

11


TRANSPORTADORA

compara con los originales y se obtiene el porcentaje de coincidencia con

el original.

Figura 1.9 Eigenfaces de una imagen

1.4.4 VENTAJAS DEL RECONOCIMIENTO DE IMAGENES

En algunos elementos plásticos el control de calidad de los parámetros es

importante especialmente en productos que deben ser acoplados a tapas

roscadas o ajustes a presión o que deban contar con algún tipo de sello.

En estos casos el reconocimiento de imágenes puede aportar soluciones

eficaces y fácilmente integrables en sus procesos de producción, entre las

principales ventajas del reconocimiento de imágenes se tienen las

siguientes:

Inspección del total de la producción. Debido a la elevada

cadencia que puede alcanzar la inspección con cámaras, la visión

artificial para el control de calidad se puede usar para inspeccionar

cada una de las piezas producidas en lugar de hacer muestreos

aleatorios de los lotes.

Repetitividad. Con la visión industrial para el control de calidad,

cada una de las inspecciones es realizada bajo las mismas

12


TRANSPORTADORA

condiciones, asegurando así la repetitividad de cada uno de los

parámetros de aceptación del producto.

Consistencia. La inspección automatizada evita la subjetividad

característica del ser humano y el cansancio, por lo que cada una

de las piezas es consistente a nivel de calidad con todas las demás.

Reducción de costos. Son evidentes las ventajas del control de

calidad al final del proceso productivo respecto a la reducción de

costos, servirá a su cliente productos libres de defectos, evitando

devolución de lotes y mejorando su imagen. Con la inspección de

los parámetros de calidad con cámara en puntos intermedios en su

proceso productivo, le permitirá detectar con antelación piezas

defectuosas y retirarlas antes de ser ensambladas, evitando así el

rechazo completo del producto final. También obtendrá beneficios

debido a la recolocación de recursos humanos previamente

destinados a asegurar la calidad del producto.

Es por esto que es conveniente aplicar la separación de tapas plásticas

mediante el reconocimiento de imágenes una vez que se den a conocer

las condiciones actuales del proceso se entenderá de una manera más

completa como es que estas ventajas son las que el proceso necesita.

1.5 CONDICIÓN ACTUAL DEL PROCESO

Actualmente en la línea de producción se cuenta con personal

encargado de observar las tapas de plástico que pasan por la banda

transportadora y separar de forma manual las tapas que no cuentan con

el sello. Las tapas recorren una banda de 2 m de longitud en 45 s desde

que salen del proceso de sellado hasta que son separadas por el personal.

La separación entre las tapas oscila entre 7 cm y 10 cm (distancia medida

entre los centros de las tapas), con el fin de que los empleados puedan

13


TRANSPORTADORA

identificar las tapas que no cumplan con las características de sellado,

(Figura 1.10).

Proceso de

sellado de tapa

Inspección

visual (operario)

Etapa de

empaquetado

Reciclaje de

producto no

conforme

Banda

Transportadora

Tapa

Producto

no

conforme

Tapa

adecuada

Figura 1.10 Diagrama de bloques del proceso actual

Uno de los inconvenientes que se tienen es que después de un cierto

tiempo de trabajo los empleados no son capaces de separar las tapas con

la misma eficiencia con respecto al desempeño con el que iniciaron, por lo

que debe de ser relevado por otro empleado. En la figura 1.10 se observa

el proceso actual de separación de tapas el cuál es realizado por el

personal, quienes se encargan de observar las tapas que pasan a través

de la banda transportadora y deciden si la tapa continúa a la siguiente

parte del proceso.

1.6 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Actualmente, para separar las tapas consideradas como producto no

conforme, es decir que no cuentan con el sello, se requieren de 5 personas

(una persona por cada banda transportadora) las cuáles están sujetas a

cansancio, por estar de pie, o falta de concentración.

14


TRANSPORTADORA

La problemática a resolver es la clasificación y separación de las tapas

con el fin de detectarlas rápidamente y de esta forma reducir tiempos de

verificación. En la Figura 1.11 se presenta una tapa considerada como

producto no conforme.

Figura 1.11 Producto no conforme(Tapa sin sello)

En la Figura 1.12 se presenta una tapa considerada como producto

conforme.

Figura 1.12 Producto conforme(Tapa con sello)

1.7 REQUISITOS DEL SISTEMA

Para resolver la problemática, la empresa solicita que las bandas

transportadoras con las que cuenta no sean reemplazadas. El sistema de

visión debe aumentar la cantidad de tapas separadas en el mismo tiempo

que se realiza de manera manual y debe detenerse la banda cuando

detecta objetos de tamaño superior a la tapa plástica; la interfaz HMI

15


TRANSPORTADORA

debe poderse incorporar a las otras interfaces con las que cuenta la

empresa.

En este capítulo se mostraron los antecedentes del HMI y sus aplicaciones a

nivel industrial para el reconocimiento de fallas en etapas de producción

así como las plataformas que permiten el reconocimiento de imágenes y

algunas de las aplicaciones de éstas. Además se mencionaron algunas

fallas que se tienen en el sellado y las posibles fallas en el proceso. Se

describe la condición actual del proceso, la descripción del problema y los

requisitos del sistema para poder darle solución. En el capítulo II se

representará la propuesta de desarrollo y los requerimientos necesarios

para poder armar el prototipo de separación de tapas de plástico.

16


TRANSPORTADORA

CAPÍTULO II. PROPUESTA DE DESARROLLO

El presente capítulo da a conocer la manera en que las tapas de plástico

se podrán reconocer y separar según las características que posean para

determinar su correcta ubicación.

2.1 NECESIDADES Y REQUERIMIENTOS

Para reconocer y separar las tapas de plástico de manera automática se

necesita contar con 2 cámaras, la primera que permita obtener la

información de las tapas para clasificarlas; y la segunda que pueda

identificar diferentes geometrías en comparación con el objeto en

cuestión. Por otra parte se requiere que cuente con un arranque y paro

que permita accionar la banda, así como un paro de emergencia en caso

de cualquier imprevisto en la línea de proceso y que cuente con dos

indicadores que permita al usuario saber si la banda está en operación o

en paro. Para cumplir con las necesidades planteadas se requiere lo

siguiente:

2.1.1 LabVIEW

Se desea crear un HMI para la separación de tapas que sea de fácil

incorporación a los otros HMI con los que cuenta la empresa. Algunos de

ellos están programados en LabVIEW y ya que cuenta con la licencia de

este software se desarrollará la HMI así como la programación en este

mismo.

2.1.2 TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS (DAQ)

A continuación se muestran las características de diferentes tarjetas de

adquisición de datos.

17


TRANSPORTADORA

Tabla 1. Comparación de Tarjetas DAQ

MODELO DAQ USB 6008

USB 6001 USB 6009

IMAGEN

CARACTERÍSTICAS

TÉCNICAS

8 entradas

analógicas, 10

kS/s, resolución

de 12 bits

4 líneas de E/S

digital; un

contador de 32

bits

Ligero y

energizado por

bus para fácil

portabilidad

Compatible con

LabVIEW,

8 entradas

analógicas, (14 bits

de resolución, 20

kS/s)

2 salidas analógicas

(14 bits, 5

kS/s/canal); 13 líneas

de E/S digitales; un

contador de 32 bits

Ligero y energizado

por bus para fácil

portabilidad

8 entradas

analógicas (14

bits, 48 kS/s)

2 salidas

analógicas

estáticas (12

bits); 12 E/S

digitales;

contador de 32

bits

Compatible con

LabVIEW,

LabWindows™/

CVI y

Measurement

Studio para

Visual Studio .NET

PRECIO UNITARIO MX$ 1,999 MX$ 3,265 MX$ 5,165

Debido a que la interfaz se programará en LabVIEW es conveniente

trabajar con una DAQ propia del mismo fabricante en lugar de ocupar un

microcontrolador compatible para el accionamiento de los elementos

electrónicos, y en caso de existir modificaciones futuras se tenga un

dispositivo capaz de darle solución de una manera rápida sin tener que

cambiar de dispositivo. La función de la DAQ es enviar la información al

ULN 2803 para activar el desviador, así como activar un relevador en caso

de detectar algún objeto diferente a la tapa.

18


TRANSPORTADORA

2.1.3 CÁMARA

En la tabla 2 se comparan 3 tipos de cámaras web y sus principales

características.

Tabla 2. Comparación de cámaras web

MARCA LOGITECH GENIUS TRUST

MODELO C170 I look 300 eLight Full HD 1080p

IMAGEN

CARACTERÍSTICAS

TÉCNICAS

Captura de

vídeo: Hasta

1024 x 768

píxeles

Fotos: Hasta 5

megapíxeles

Certificación USB

2.0 de alta

velocidad (se

recomienda)

Captura de

vídeo : Hasta 640

x 768 píxeles

Fotos : Hasta 3

megapíxeles

Certificación USB

1.0 de alta

velocidad (se

recomienda)

Grabaciones de

vídeo Full HD

(hasta 1920 x 1080

píxeles) con el

sistema

recomendado

Fotos: Hasta 8

megapíxeles

(mejora por

software)

Certificación USB

2.0 de alta

velocidad

(compatible con

USB 3.0)

Potentes LEDs

integrados para

mejorar la calidad

de la imagen

PRECIO UNITARIO MX$ 250 MX$ 120 MX$ 705

La función de la cámara es adquirir la imagen de todo lo que pasa a

través de la banda transportadora. Las tapas de plástico no tienen relieves

ni detalles que se requieran analizar a profundidad, por lo que la cámara a

utilizar no requiere de características muy sofisticadas. La cámara Logitech

C170, permite captura de video de hasta 1024 x 768 píxeles además de

19


TRANSPORTADORA

que cuenta con zoom, control de brillo y contraste a un precio muy bajo.

LA cámara I look 300 de la marca Genius también es económica sin

embrago la resolución de imagen de 3 megapixeles que proporciona es

muy poca y la imagen patrón podría ser de baja calidad. Es por esto que

la cámara Logitech C170 es ideal para esta aplicación en cuanto a la

relación calidad precio.

2.1.4 ACTUADOR

El actuador tiene la función de desviar o separar las tapas que no cumplan

con el patrón tomado. Se plantea el uso de un actuador eléctrico debido

a que una tapa de plástico se tarda en recorrer una distancia de 1.14 m en

50 segundos.

Sabiendo que:

Y

Sustituyendo las variables y en la ecuación (1) se puede determinar la

velocidad del motor de la banda

La velocidad del motor de la banda es de

La ecuación del par torsión está dada por

(1)

(2)

20


TRANSPORTADORA

El aspa tiene un radio de 8 cm y la tapa tiene un peso de 5 gramos. Por lo

que:

Sustituyendo las variables y m en la ecuación (2) se puede determinar el

par torsión del desviador

El par torsión del desviador es de

Por lo tanto resulta conveniente emplear un actuador eléctrico ya que el

par torsión requerido lo puede suministrar sin ningún problema. Existen

distintos tipos de actuadores eléctricos como pueden ser: Motor CD, Servo

motor, Motor CA, Motor de inducción, etc.

Sin embargo se requiere un actuador en el cual sea fácil de programar su

control y además sea preciso, es por esto que se escogió un motor a pasos.

En la tabla 3 se detallan diferentes motores a pasos.

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TRANSPORTADORA

Tabla 3. Comparación de actuadores

MODELO PM55L-048 MOT-0001 PM35S 048 HPL2

IMAGEN

CARACTERÍSTICAS

TÉCNICAS

Angulo de paso 7.5

grados (48 pasos

por rotación)

Alimentación

máxima: 24.0 V

Consumo de

corriente: 600mA

Resistencia en las

bobinas : 5.5 Ω

Pines: 5

Unipolar

Angulo de

paso 1.8

grados (200

pasos por

vuelta)

Unipolar

Alimentación

máxima: 12V

Consumo

aprox: 33 mA

Circuito UNIPOLAR

aislamiento Clase: E

Corriente: 600 mA

Pasos: 48 Pasos por

Revolución (7.5º

/paso).

Pines: 5

PRECIO UNITARIO MX$ 80 MX$ 309 MX$ 88

El peso de las tapas es muy pequeño y no se requiere de un motor a pasos

que tenga un par torsión superior a los 20 gr.cm para poder desviarlas de la

banda transportadora, por lo que un motor a pasos unipolar no presenta

ningún inconveniente. Se eligió el motor a pasos PM55L-048 ya que sus

características físicas permiten que se monte de una manera fácil a la

cubierta.

2.2 PROPUESTA DE DESARROLLO

Para cumplir con lo que se plantea en el punto 2.1 es necesario adecuar la

banda transportadora al proceso de separación de tapas plásticas así

como la colocación de las cámaras y adaptar el actuador eléctrico que

permita la separación de las mismas. Además de establecer un sistema de

adquisición de datos que permita adquirir señales visuales.

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TRANSPORTADORA

El algoritmo que permite la solución a la problemática planteada es la

siguiente:

Se crea un objeto patrón el cuál será la base para determinar si la

tapa presenta o no una anomalía.

La primera cámara determina si hay un objeto extraño en la banda

transportadora; de ser así se detiene, en caso contrario continúa su

operación normal.

La segunda cámara determina si la tapa posee las características de

acuerdo con el objeto patrón, si se detecta alguna anomalía en la

tapa esta será desviada, si no se detectó falla la tapa avanza a la

siguiente parte del proceso.

Para garantizar que la separación de las tapas no sea perjudicada por el

ambiente externo es necesario una cubierta, que permita que las cámaras

puedan reconocer el patrón independientemente de los cambios de luz a

su alrededor, y una iluminación constante dentro de la cubierta.

2.3 MATERIAL Y EQUIPO

Para dar solución a la problemática del reconocimiento y clasificación de

las tapas es necesario contar con lo siguiente:

Software LabVIEW 2013 y toolkits (Vision Acquisition, Vision Assistant,

DAQ)

2 Cámaras con captura de video de hasta 1024 x 178 píxeles

Banda transportadora

Motor a pasos (unipolar)

NI USB 6008

Tapas de plástico a reconocer (Objeto patrón)

1 botón normalmente cerrado con alimentación a 127 VCA

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TRANSPORTADORA

1 botón normalmente abierto con alimentación a 127 VCA

2 indicadores con alimentación a 127 VCA

2 Tiras Led blanco a 12 V

2.4 DIAGRAMAS ESQUEMÁTICOS

Para comprender el funcionamiento del prototipo es necesario conocer

cada uno de los diferentes sistemas que lo componen así como la tarea

que desempeña cada una de ellas.

En la Figura 2.1 se aprecia de una forma muy general como es que está

compuesto el prototipo, en primer lugar se muestra la PC, la cual adquiere

información tomada por las cámaras 1 y 2, para después ser procesada y

enviada hacia a la tarjeta de adquisición de datos (DAQ). La PC será la

encargada de tomar decisiones como accionar el desviador o detener la

banda transportadora mediante el SCR.

Cámaras para

adquirir imagen

PC

Tarjeta de

adquisición

Actuador

Etapa de potencia

Banda

transportadora

Figura 2.1 Diagrama general

En la Figura 2.2 se presenta cómo es que el motor a pasos es accionado,

primero la información es enviada a través de las salidas digitales de la

DAQ hacia el circuito integrado ULN2803, el cual consta de un arreglo de

24


TRANSPORTADORA

transistores Darlington que tiene la función de amplificar el pulso enviado

por la DAQ y de esta forma a la salida del ULN2803 se energizan las

bobinas del motor a pasos.

Tarjeta de

adquisición

Etapa de

potenciaActuador

Figura 2.2 Diagrama esquemático de la etapa de potencia del motor a pasos

Posteriormente se tiene el sistema de visión el cual, como se aprecia en la

figura 2.3 la imagen adquirida por las cámaras 1 y 2 es enviada a la PC y

procesada por la plataforma LabVIEW, después la información es enviada

por la PC hacia la DAQ.

Cámaras para

adquirir imagen

PCTarjeta de

adquisición

Figura 2.3 Diagrama esquemático del sistema de visión

De igual forma en la figura 2.4 se observa un diagrama de bloques que

describe como es llevado a cabo el proceso de detección y separación

de tapas.

25


TRANSPORTADORA

Figura 2.4 Diagramas a bloques del proceso

En este capítulo se detallaron las necesidades y requerimientos por parte

de la empresa y se definen los elementos a utilizar. Se describe el material y

equipo a utilizar así como la ubicación que tendrán los elementos para

separar las tapas de plástico. En el capítulo III se detalla el procedimiento

de la adaptación y construcción del prototipo así como la ubicación del

sistema de visión.

26


TRANSPORTADORA

CAPÍTULO III. CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO

El presente capítulo se describe y se muestra las diferentes etapas que

componen la elaboración y construcción del prototipo de separación de

tapas de plástico, para la construcción de la etapa de potencia y la

etapa de control se tomaron como referencia los diagramas esquemáticos

de las Figuras 3.1 y 3.2.

Figura 3.1 Diagrama de conexión eléctrica

27


TRANSPORTADORA

La primera parte del diagrama de conexión (Figura 3.1), consta de una

protección el cual es un fusible de 127V a 5A, basándonos en la NOM 001-

SEDE 2012 vigente de instalaciones eléctricas, enseguida se tiene un botón

de paro de emergencia seguido por un botón de paro la función de

ambos botones es interrumpir el paso de energía eléctrica cuando son

presionados, posteriormente se tiene un botón de arranque el cual al ser

presionado permite circular la energía eléctrica hacia la bobina del

relevador RC provocando un enclavamiento por medio de uno de los

contactos RC en la segunda línea se tiene de igual manera un contacto

RC normalmente abierto que al presionar el botón de arranque cambia de

estado a normalmente cerrado suministrando energía eléctrica al motor

de AC para que la banda avance, en paralelo al motor se tiene un

indicador luminoso en color verde el cual nos anuncia que la banda está

en movimiento. En la tercera línea hay un contacto normalmente cerrado

perteneciente al relevador RC el cual suministra energía eléctrica a un

indicador color rojo que anuncia que la banda está detenida, este

contacto cambia de estado a normalmente abierto cuando es

presionado el botón de arranque. Por último se tiene una fuente de CD de

5v con su respectiva protección, para suministrar energía a la parte

electrónica (CI ULN 2803 y DAQ).

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TRANSPORTADORA

Figura 3.2 Diagrama de conexión electrónico

En el diagrama de conexión electrónico (Figura 3.2) primero de realiza la

conexión de la PC con la tarjeta DAQ pro medio de USB, posteriormente se

emplearon los pines del 17 al 21 como salidas digitales. Los pines 17, 18,19 y

20 tienen la función de energizar las bobinas del motor a pasos (Desviador

eléctrico), pero la DAQ no suministra la corriente necesaria para energizar

las bobinas del motor a pasos, para esto se empleó el circuito integrado

ULN 2803 el cual es un arreglo de transistores Darlington NPN que entrega a

la salida la corriente necesaria para poder accionar el motor a pasos.

El pin de salida 21 de la DAQ de igual forma es empleado como salida

digital y enviado al ULN 2803 pero este tiene la función de energizar la

bobina de un relevador, el cual tiene la función de parar la banda

mediante un contacto cuando la cámara detecte un objeto extraño.

En la figura 3.3 se muestra el diagrama de flujo del proceso de separación

de tapas.

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TRANSPORTADORA

Figura 3.3 Diagrama de flujo del proceso se separación de tapas

30


TRANSPORTADORA

3.1 BANDA TRANSPORTADORA

La banda transportadora mide 114 cm de largo por 12 cm de ancho y se

encarga de trasladar las tapas de plástico hacia el sistema de visión.

Además tiene acoplado un centrador a la medida de las tapas para

asegurar que las tapas sigan la dirección correcta. Ver Figura 3.4

Figura 3.4 Colocación del centrador

3.2 CUBIERTA

La función de la cubierta es que el sistema de visión permita reconocer las

tapas y objetos extraños aislándolo de los cambios de luz del ambiente

externo, la cubierta mide 42 cm de largo por 22.7 cm de ancho y 28.5 cm

de alto y esa fabricada en triplay de 6 mm de grosor, todo lo anterior se

realizó con base en la NOM-008-SCFI-2002 vigente de unidades y medidas.

Además le brinda el soporte al motor a pasos al igual que las cámaras y es

en donde se montará el tablero de control así como la salida de los cables

de las cámaras. En la Figura 3.5 se visualiza la cubierta fija a la banda

transportadora.

31


TRANSPORTADORA

Figura 3.5 Cubierta

Para disminuir los pasos que debe de dar el motor para separar las tapas se

acopló un aspa en forma de “x” y se montó en una base como lo muestra

la Figura 3.6. Se realizaron pruebas de manera heurística con 3 diferentes

tipos de aspa: con una, dos y cuatro aspas. Cuando se ocupa una sola

aspa el desviador eléctrico tiene que dar una vuelta completa para

regresar a su posición inicial y poder separar la siguiente tapa, al ocupar un

aspa doble sólo tiene que dar media vuelta ya que se cuenta con una

segunda aspa en posición para separar la siguiente tapa. Finalmente se

probó con un aspa cuádruple y se notó que el aspa sólo empleaba un

cuarto de vuelta para separar las tapas de plástico, por lo que los pasos

empleados por el desviador eléctrico eran dos y cuatro veces menos en

comparación con una y dos aspas respectivamente, siendo éste último

tipo de aspa la que se empleó para el desviador eléctrico.

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TRANSPORTADORA

Figura 3.6 Motor con aspa y base

Para separar las tapas se requiere que el motor a pasos se monte justo

después de la cámara 2 como se observa en la Figura 3.7.

Figura 3.7 Montaje del motor a pasos

Ahora se montan las cámaras en la cubierta como se visualiza en la Figura

3.8. La inclinación de la cámara se determinó por pruebas heurísticas con

la finalidad de que tenga un intervalo de visión en donde se pueda

33


TRANSPORTADORA

observar una tapa de forma completa en la parte central y a su vez una

parte de las tapas a la salida y a la entrada del mismo. Dentro del intervalo

de visión de la cámara no se debe de apreciar la entrada de tapas hacia

la cubierta.

Figura 3.8 Montaje de las cámaras

Para realizar el cableado de las cámaras se le colocó a la cubierta una

glándula. Para ello se necesitó realizarle un barreno de 2 cm de diámetro

en la parte superior izquierda como se aprecia en la Figura 3.9.

34


TRANSPORTADORA

Figura 3.9 Orificio donde se montará la glándula

En la Figura 3.10 se muestra el montaje de la glándula en donde irán los

cables de la cámara.

Figura 3.10 Montaje de la glándula

Para que las cámaras no sean afectadas por la luz exterior es necesario

colocarle en los extremos de la cubierta 2 protectores de plástico flexible

las cuales miden 28.5 cm de largo por 22.7 cm de ancho, como se

observan en la Figura 3.11.

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TRANSPORTADORA

Figura 3.11 Protector de plástico

3.3 TABLERO DE MANDO

El tablero de mando tiene como función parar y arrancar la banda

transportadora por medio de botones de accionamiento, también

proporciona señales visuales por medio de dos indicadores luminosos,

dentro de este tablero se encuentran los dispositivos encargados de

realizar todas las funciones del prototipo como son paro y arranque de la

banda transportadora, tarjeta de adquisición de datos, relevadores y una

placa de cobre con componentes electrónicos, a continuación se

describirá el proceso completo para el montaje del tablero de mando.

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TRANSPORTADORA

Figura 3.12 Base del tablero

En la Figura 3.12 se visualiza el corte de la base del tablero. En esta base se

montarán todos los componentes mencionados anteriormente.

En la Figura 3.13 se puede apreciar cómo es que la base fue recortada de

manera que embone con la caja del tablero de control.

Figura 3.13 Base de fondo del tablero de mando

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TRANSPORTADORA

La Figura 3.14 muestra la base con las perforaciones necesarias para

colocar la placa de cobre. A continuación se muestra el proceso para la

elaboración del circuito impreso en la placa de cobre con base a las

normas UNE 20-621-84/3 y UNE 20-525-75.

Figura 3.14 Perforación de la base

La Figura 3.15 se aprecia el momento en el que la hoja de papel con el

circuito impreso en papel couche es colocada en la placa de cobre.

Figura 3.15 Placa de cobre cubierta por el circuito impreso

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TRANSPORTADORA

Posteriormente se plancha el circuito del papel couche a la placa de

cobre como se ve en la Figura 3.16.

Figura 3.16 Planchado del circuito

Después de realizar el proceso de planchado y sumergir la placa en

cloruro férrico por algunos minutos, se procedió a limpiar la placa con

solvente y estopa como se aprecia en la Figura 3.17.

Figura 3.17 Limpieza de la placa de cobre

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TRANSPORTADORA

Una vez completamente limpia la placa se procedió a barrenar con el

taladro de banco las partes donde se colocan los componentes,

teniéndose especial cuidado en las partes pequeñas, lugar en donde irá la

etapa de potencia del motor a pasos como se muestra en la Figura 3.18

Figura 3.18 Perforación en placa

Una vez que se barreno por completo la placa se soldar los componentes

como se detalla en la Figura 3.19, tomándose especial cuidado en no

sobre calentar las pistas, ya que esto podría ocasionar que se tenga que

repetir el proceso.

Figura 3.19 Soldado de componentes

La Figura 3.20 presenta de forma general el resultado final de la placa de

cobre con todos los componentes montados. Como se puede apreciar, la

placa consta de algunos bornes de conexión en los cuales se conectarán

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TRANSPORTADORA

los botones, indicadores y el motor de la banda transportadora.

Posteriormente se tiene una etapa de relevadores que son los que

ejecutan la función de detener la banda en cuanto se detecte que algún

objeto indeseado está pasando por esta misma, por último se tiene la

etapa de potencia que es donde se conecta el desviador eléctrico.

Figura 3.20 Placa con todos los componentes

Una vez que se terminó el montaje de la placa se cablean los botones

físicos que se encargarán de realizar las acciones de paro de emergencia,

arranque y paro. Los orificios para las glándulas se realizaron de una

manera estratégica de tal forma que no hubiera desperdicio de cables

tanto del motor de la banda transportadora como del desviador. Ver

Figura 3.2.

Figura 3.21 Orificios para montar las glándulas

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TRANSPORTADORA

Posteriormente se barreno la parte superior del tablero de mando como se

puede ver en la Figura 3.22.

Figura 3.22 Tapa con 5 perforaciones

Una vez barrenada la parte superior e inferior del tablero de mando se

colocaron los botones, indicadores y glándulas. Ver Figura 3.23.

Figura 3.23 Elementos del tablero de mando

La Figura 3.24 muestra cómo se fue montando los elementos físicos del

tablero de mando.

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TRANSPORTADORA

Figura 3.24 Montaje de componentes en el tablero de mando (parte frontal)

Lo siguiente fue colocar las glándulas en los orificios de la parte inferior de

la caja como se observa en la Figura 3.25.

Figura 3.25 Colocación de las glándulas

El tablero de mando consta de los siguientes elementos:

Botón de paro de emergencia

Indicador de arranque

Indicador de paro

Botón de arranque

Botón de paro

En la Figura 3.26 se presenta una vista general del tablero de mando,

empleando como referencia la NOM 001-SEDE-2012 vigente de

instalaciones eléctricas.

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TRANSPORTADORA

A continuación se describirá más a detalle cada uno de los elementos que

lo componen.

Figura 3.26 Tablero de mando

Botón de paro de emergencia: Este botón tiene la función de interrumpir el

flujo de corriente hacia el motor, y es usado solo en casos de emergencia.

Una vez accionado este botón se tiene que volver a habilitar para que el

prototipo pueda volver a funcionar.

Botón de arranque: Este botón tiene la función de accionar la banda

transportadora para que las tapas pasen a través de la cubierta y se

pueda llevar a cabo la selección.

Botón de paro: Este botón tiene la función de parar la banda

transportadora, esto puede ser de gran ayuda cuando se realiza un

mantenimiento.

Indicador de arranque: Este indicador tiene como función proporcionar al

personal una señal visual que indique que la banda transportadora está en

funcionamiento.

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TRANSPORTADORA

Indicador de paro: Este indicador tiene como función mostrar una señal de

manera visual al personal indicando que la banda transportadora se

encuentra detenida y de esta forma es seguro realizar alguna actividad

dentro del mantenimiento.

Una vez colocado todos los indicadores y botones se procedió a cablear

cada uno de los componentes. En la Figura 3.27 se visualiza el cableado

del botón de paro de emergencia.

Figura 3.27 Cableado del paro de emergencia

En la Figura 3.28 se aprecia el cableado del indicador del paro de

emergencia.

Figura 3.28 Cableado del indicador del paro de emergencia

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TRANSPORTADORA

En la Figura 3.29 se observa el cableado de todos los componentes del

tablero de control.

Figura 3.29 Cableado de todos los componentes del tablero de control

3.4 SISTEMA DE VISIÓN Y COMUNICACIÓN

El sistema de visión permite adquirir imágenes para posteriormente

compararla con un objeto patrón el cual servirá para discriminar si es o no

el objeto en cuestión y por medio del sistema de comunicación entre

LabVIEW y la DAQ permitirá detener la banda o separarla mediante un

desviador. Ver Figura 3.30.

Figura 3.30 Sistema de visión y comunicación

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TRANSPORTADORA

3.5 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO

Al estar detenida la banda o al presionar el paro de emergencia o al

detectar un objeto extraño se debe de encender el indicador rojo, el

indicador verde significa que la banda se encuentra en operación. En la

Figura 3.31 se aprecia la prueba de paro de emergencia.

Figura 3.31 Paro de emergencia activado

En la Figura 3.32 se muestra que la banda se encuentra en funcionamiento.

Figura 3.32 Banda en funcionamiento

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TRANSPORTADORA

En la Figura 3.33 se observan los contenedores de las tapas con y sin

defectos ubicados cerca de la banda transportadora.

Figura 3.33 Contenedores

Para que la luz sea constante dentro de la cubierta se requiere de una

iluminación dentro de ésta, para ello se coloca una tira de leds en la parte

inferior de la cubierta y otra a la mitad. La ubicación se determinó de la

siguiente manera:

Para que el Vision Analyzer de LabVIEW opere en condiciones óptimas se

requiere que se tenga entre 120 y 150 lúmenes. Usando los datos técnicos

de las tiras LED de la tabla siguiente se opta por la tira LED SMD 5050 por las

características anteriormente mencionadas.

Las tiras de LED SMD 3528 son de media potencia y bajo consumo. Las tiras

LED SMD 5050 son de alta potencia y mayor consumo. Cabe destacar que

la tira LED SMD 5050 puede ofrecer una intensidad de luz 3 veces mayor a

la de la tira 3528.

SMD significa Surface Mounted Device o Dispositivo de Montaje Superficial,

y se refiere a la forma en que van los LEDs montados sobre la tira.

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TRANSPORTADORA

Tabla 4. Datos técnicos de las tiras LED

Tira 3528 Tira 5050

Consumo: 24 W Consumo: 72 W

Corriente: 2000 mA Corriente: 6000 mA

Tensión: 12 V Tensión: 12 V

Ángulo de apertura: 120° Ángulo de apertura: 120°

Longitud de onda: 590 nM Longitud de onda: 590 nM

Lumen: 750 lm Lumen: 2150 lm

LED: SMD 3528 LED: SMD 5050

Cantidad de LEDs por rollo: 300 Cantidad de LEDs por rollo: 300

Índice de protección de impermeabilidad:

IP68

Índice de protección de impermeabilidad:

IP20

Dimensión: 5000 x 11 x 0,49 mm Dimensión: 5000 x 11 x 0,26 mm

Al cambiar la fuente de alimentación de la tira LED a 9 V la corriente que

circula por la misma cambia. Sabiendo que la potencia consumida por la

tira LED es de 72 W a 12 V se tiene que:

Por la Ley de Ohm se tiene que:

Sustituyendo 4 en 2 se tiene que:

Despejando de la ecuación 5, se tiene

Sustituyendo los valores de y en la ecuación 6 se obtiene el valor de

(3)

(4)

(5)

(6)

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TRANSPORTADORA

La Resistencia de los 300 LEDs es de . Ahora se calcula la corriente que

circula por la tira LED con una fuente de alimentación de 9 V

La corriente que circula por la tira LED conectada a una fuente de 9 V es

de

Sabiendo que 300 LEDs conectados a una fuente de 12 V dan un flujo

luminoso de 2150 lm. A una tensión de 9 V, se tiene que:

Para calcular el flujo luminoso por led se divide los lúmenes entre la

cantidad total de leds que tiene la tira

Se tiene que cada LED de la tira aporta un flujo luminoso de

Si se requiere un flujo luminoso mínimo de 120 lúmenes para que funcione

el Vision Analyzer la cantidad de LEDs a ocupar son:

Calculando el flujo luminoso máximo

Redondeando la cantidad de LEDs, se requieren de mínimo de 23 LEDs

para tener un flujo luminoso de 120 lúmenes y un máximo de 27 LEDs para

un flujo luminoso de 150 lúmenes.

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TRANSPORTADORA

En la figura 3.34 se visualiza la ubicación de la tira de leds dentro de la

cubierta.

Figura 3.34 Ubicación de los leds

En la Figura 3.35 se aprecia la separacción de las tapas de plástico.

Figura 3.35 Separación de tapas de plástico

En este capítulo se describió el funcionamiento que tiene la cubierta para

las cámaras y la importancia del sistema de iluminación dentro de ella. Se

explicó la función que tiene el centrador en la banda transportadora y el

desviador de aspa cuádruple. Se describió los elementos del tablero de

mando y su funcionamiento así como la creación del circuito impreso

para la parte de potencia además de explicar brevemente el

funcionamiento del sistema de visión y comunicación. Además se

describen algunas pruebas realizadas, como es el arranque y paro de la

banda transportadora. En capítulo IV se detallará el algoritmo a utilizar en

51


TRANSPORTADORA

el presente trabajo que dará como resultado la separación de las tapas

respecto a un objeto patrón y se profundizará el funcionamiento entre el

sistema de visión y el accionamiento de la parte de potencia.

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TRANSPORTADORA

CAPÍTULO IV. INTERFAZ DE USUARIO

En éste capítulo se explica cómo se desarrolló el algoritmo para separar las

tapas de plástico y cómo es que detecta si por la banda pasa un objeto

extraño. Para separar las tapas es necesario conocer primeramente cuál

es el tipo de tapas que debe de reconocer el sistema de visión y para ello

es necesario crear un patrón el cuál debe reconocer. Un patrón es una

imagen de un objeto, animal o persona que sirve de base para ser

comparado con otras imágenes.

4.1 CONFIGURACIÓN DE LA ADQUISICIÓN DE IMÁGENES

Primero se crea el ciclo while (Figura 4.1) que es el que hará que todo el

programa se cicle.

Figura 4.1 Estructura While

Para adquirir las imágenes desde una cámara USB se requiere el bloque

Vision Acquisition (Figura 4.2) del toolkit Vision Development Module de

LabVIEW.

53


TRANSPORTADORA

Figura 4.2 Bloque de Vision Acquisition

Después se tiene que elegir la cámara desde donde se desea adquirir las

imágenes como se muestra en la Figura 4.3. Para garantizar que la cámara

sea correcta se presiona el botón (Acquire continuous images); la

cámara seleccionada es la número 1.

Figura 4.3 Selección de cámara

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TRANSPORTADORA

En la siguiente pestaña, Select Acquisition Type, se debe de elegir el tipo

de adquisición de imágenes, en este caso se requiere que las imágenes

sean continuas, por lo que se elige la segunda opción. Ver Figura 4.4

Figura 4.4 Selección del tipo de adquisición de imágenes

En la pestaña Configure Acquisition Settings se elige la resolución a la que

se desea obtener las imágenes, en este caso se usará una resolución de

640 x 480 pixeles. Ver Figura 4.5.

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TRANSPORTADORA

Figura 4.5 Selección de la resolución de la captura de la cámara

Con éstos parámetros configurados se puede finalizar el asistente y saldrá

el siguiente diagrama bloques (Figura 4.6).

Figura 4.6 Código generado al terminar de configurar los parámetros de Vision Acquisition

La misma configuración de la cámara 1 se realizó para la cámara 2

4.2 CREACIÓN DEL PATRÓN

Una vez configurado lo anterior es necesario crear los patrones de la

cámara 1 y 2. Para ello es necesario tener instalado el toolkit Vision

56


TRANSPORTADORA

Acquisition Software. Para la cámara 1, es necesario crear 3 patrones

diferentes a color los cuales son:

Banda

Tapa superior

Tapa inferior

La función que desempeña ésta cámara es detectar si lo que está

pasando por la banda es una tapa o no. La finalidad de que la cámara

adquiera imágenes a color es para que pueda discriminar un poco mejor

los colores oscuros. El patrón de banda es necesario para que la banda

siga en funcionamiento, de no tenerlo sólo se activaría la banda al

reconocer una tapa. Para crear el patrón de banda a color se requiere del

bloque Vision Assistant Software. Ver Figura 4.7.

Figura 4.7 Bloque Vision Assistant Software

Al colocarlo en el área de diagrama de bloques se abrirá el asistente, se

selecciona la pestaña color, y se elige la opción Color Pattern Matching

( ) como se observa en la Figura 4.8

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TRANSPORTADORA

Figura 4.8 Ventana de inicio del bloque Vision Assistant

Al hacerlo se abrirá la siguiente ventana (Figura 4.9) en el cual se crea el

patrón, se le pone nombre y se selecciona el score.

Figura 4.9 Ventana de inicio de la opción Color Pattern Matching

58


TRANSPORTADORA

En la pestaña Main se le pone la descripción del patrón como se visualiza

en la Figura 4.10.

Figura 4.10 Nombre del patrón

En la pestaña Template es en donde se crea el patrón, para hacerlo se

selecciona la opción Create template (Figura 4.11)

Figura 4.11 Pestaña Template

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TRANSPORTADORA

Se abre la siguiente ventana (Figura 4.12) y se selecciona la región que se

tomará como patrón.

Figura 4.12 Creación del patrón

Se guarda el patrón en la PC como se aprecia en la Figura 4.13.

Figura 4.13 Ubicación en donde se guarda el patrón

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TRANSPORTADORA

En la pestaña Settings se le configura la opción Minimum score de 500, los

parámetros restantes se dejan con los valores por defecto. Detallado en la

figura 4.14.

Figura 4.14 Configuración del parámetro Minimum Score

El área verde mostrado en la Figura 4.15 es el área de visión de la cámara

1 en donde va a buscar el patrón banda.

Figura 4.15 Área de visión de la cámara 1 en donde buscará el patrón banda

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TRANSPORTADORA

Se finaliza el asistente y se da por terminado la creación del patrón banda

que se observa en la Figura 4.16.

Figura 4.16 Patrón banda finalizado

En la Figura 4.17 se visualiza el patrón de banda.

Figura 4.17 Patrón de banda

Ahora es necesario que cuando pase una tapa cerca del área de visión

de la cámara 1 la detecte, para ello se requieren 2 patrones; tapa inferior y

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TRANSPORTADORA

superior. El patrón de tapa superior permite detectar cuando la tapa está

entrando en el área de visión de la cámara 1 y el patrón de tapa inferior

cuando está saliendo del área. Éste último patrón se centra en una región

de la tapa de plástico para asegurar que la detecte en su rango de visón

de la cámara.

Para crear éstos patrones se realiza lo mismo que el patrón banda

diferenciándose en el área en donde se concentra la cámara para

encontrar dichos patrones. En la Figura 4.18 se detalla el área de visión de

la cámara 1 para encontrar el patrón tapa superior.

Figura 4.18 Área de visión de la cámara 1 en donde buscará el patrón tapa superior

En la figura 4.19 se aprecia el área de visión de la cámara 1 para encontrar

el patrón tapa inferior.

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TRANSPORTADORA

Figura 4.19 Área de visión de la cámara 1 en donde buscará el patrón tapa inferior.

En la Figura 4.20 se muestra el patrón tapa superior

Figura 4.20 Patrón tapa superior

En la Figura 4.21 se observa el patrón tapa inferior.

Figura 4.21 Patrón tapa inferior

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TRANSPORTADORA

En la Figura 4.22 se visualizan los 3 patrones terminados.

Figura 4.22 Patrones finalizados

Una vez creado los 3 patrones se necesita que esté activada la opción

Matches de cada patrón. Esta opción permite a la cámara detectar el

patrón creado. Para hacerlo selecciona el botón Select Controls y se

activa la casilla Matches (Figura 4.23) y se finaliza el Vision Assistant.

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Figura 4.23 Activación de la casilla Matches

La cámara 2 se configura igual que la cámara 1, diferenciándose en el

bloque Vision Assistant. Para crear el patrón tapa sin sello se selecciona la

pestaña Machine Vision y se selecciona la opción Pattern Matching ( )

como se aprecia en la Figura 4.24.

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Figura 4.24 Ventana de inicio del bloque Vision Assistant (Escala de grises)

La cámara 2 permitirá reconocer si la tapa tiene o no el sello en el centro.

En este punto las tapas ya habrán sido discriminadas por la cámara 1 por lo

que ya no se requiere que el patrón esté en blanco y negro por lo que ésta

trabajará en escala de grises. Para ello se requiere filtrar uno de los planos

del código RGB (Red, Green, Blue), en este caso se utiliza el plano donde

se visualice mejor el patrón y para este fin el plano verde (Green en inglés)

cubre mejor ésta característica (obtenido por prueba heurística). Para

filtrar este plano se utiliza el bloque ExtractColorPlanes (Figura 4.25).

Figura 4.25 Bloque ExtractColorPlanes

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Se crea el patrón tapa sin sello siguiendo el mismo procedimiento que en la

cámara 1. El área en donde buscará el patrón tapa sin sello será en la

parte inferior central del rango de visión de la cámara con el fin de que la

detección de la tapa sea lo más próxima al desviador como se detalla en

la Figura 4.26.

Figura 4.26 Área de visión de la cámara 2 en donde buscará el patrón tapa sin sello

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En la Figura 4.27 se muestra el patrón tapa sin sello.

Figura 4.27 Patrón tapa sin sello

4.3 DETENCIÓN DE LA BANDA TRANSPORTADORA

Para accionar algún elemento al reconocer el patrón por la cámara se

requieren los bloques array to cluster y unbundle by name (Figura 4.28) así

como una operación matemática mayor que (>). El primero convierte un

arreglo de una dimensión (1D) a un grupo de elementos del mismo tipo. Y

el segundo permite regresar un grupo de elementos que puede ser

seguidor de color, posición de un objeto, escala, entre otros, o el score de

la imagen (coincidencia que tiene la imagen adquirida con el patrón

previamente creado) siendo éste último el que se requiere.

Figura 4.28 Bloques array to cluster y unbundle by name conectados

En seguida es necesario colocar una operación matemática mayor que,

ésta permite que el score deba de pasar la constante asignada para que

pueda accionar el motor a pasos (activada por medio de la cámara 1) o

hacer que se detenga la banda transportadora enviando una señal a la

DAQ (activada por medio de la cámara 2).

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Los bloques de la Figura 4.29 se realizan con todos los patrones, banda,

tapa inferior, tapa superior y tapa sin sello.

Figura 4.29 Comparación del bloque unbundle by name con el score

Para detener la banda, la cámara 1 debe de detectar un objeto extraño,

para ello se requiere una compuerta OR para que cuando la cámara deje

de detectar cualquier patrón (banda, tapa superior y tapa inferior) la

salida de la compuerta OR sea cero la cuál es la entrada de la compuerta

NOT haciendo que la salida de esta sea verdadera y por medio del bloque

from DDT (Figura 4.30) que convierte un tipo de dato dinámico a otro de

tipo booleano.

Figura 4.30 Bloque from DDT

A la salida de este último bloque envíe una señal a la DAQ, por medio del

bloque DAQ Assistant (Figura 4.31), para que excite la bobina del relevador

de 5 VDC y se abra el circuito. (Para ocupar los bloques de las Figuras 4.30

y 4.31 se requiere el toolkit NI-DAQ)

Figura 4.31 Bloque DAQ Assistant

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En la Figura 4.32 se presenta el segmento del programa que detiene la

banda al detectar un objeto extraño.

Figura 4.32 Segmento del diagrama de bloques que permite el paro de la banda

transportadora

En la Figura 4.33 se muestra el diagrama bloques de la cámara 1

Figura 4.33 Diagrama de bloques de la cámara 1

4.4 ACTIVACIÓN DEL DESVIADOR

Cuando detecta el patrón de la Figura 4.27, éste debe de activar el motor

y para ello se ocupa el bloque case structure, cuando sea verdadero se

crea una ocurrencia y en caso contrario no se realiza ninguna tarea ver

Figura 4.34.

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Figura 4.34 Segmento del diagrama de la cámara 1 para la activación del motor

Como existe una distancia entre el motor a pasos y la cámara 2 se

requiere de un retardo para que la tapa con defecto llegue al motor y sea

separada por lo que se requiere del bloque generate occurrence (Figura

4.35a) y permita que ambas cámaras sigan adquiriendo imágenes a pesar

de que exista un retardo. Es por ello que dentro del bloque case structure

se coloca el bloque set occurrence (Figura 4.35b) que funciona como

bandera, y al “activarse” le manda la señal al bloque get occurrence

(Figura 4.35c) para que pueda seguir con ejecutándose el código.

a) b) c)

Figura 4.35 Ocurrencias a) Bloque generate occurrence, b) bloque set occurrence, c) get

occurrence

En la figura 4.36 se puede ver que bloque get occurrence se encuentra

dentro del primer frame del bloque flat sequence (Figura 4.37). Éste bloque

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permite que el código se ejecute de izquierda a derecha, es decir en una

secuencia por medio de frames que es en donde se encuentra el código.

Figura 4.36 Segmento del código en dónde se observa el bloque get occurrence

Figura 4.37 Bloque Flat Sequence

En el segundo frame es ocupado por el retardo como se observa en la

Figura 4.38.

Figura 4.38 Frames 1 y 2 del bloque flat sequence

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El tercer frame contiene el código que permite activar el motor a pasos.

Ver Figura 4.39.

Figura 4.39 Tercer frame del bloque flat sequence

Este último frame contiene un ciclo for que se ejecuta 3 veces, ya que el

motor tiene una resolución de 48 pasos para dar una vuelta completa y al

tener un aspa de 4 paletas requiere de 12 pulsos por paleta para

completar un cuarto de ciclo. Dentro del ciclo for se encuentra otro

bloque flat sequence con 4 frames, cada uno de ellos activa una bobina

del motor (paso sencillo) por medio de los bloques from DDT y DAQ

Assistant y el retardo entre cada bobina es de 20 ms. En la figura 4.40 se

presenta la secuencia que se requiere para activar el motor.

Figura 4.40 Segmento del programa que muestra la activación del motor a pasos

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El código completo para la separación de tapas de plástico por medio del

programa LabVIEW se muestra en el Apéndice A. La Figura 4.41 muestra el

programa visto desde el panel frontal.

Figura 4.41 Programa visto desde el Panel frontal

En éste capítulo se definió que es un objeto patrón y se detalla los pasos a

seguir para la configuración de cada una de las cámaras las cuales

permitirán la adquisición de imágenes, los objetos patrones que

identificarán cada una de ellas, el rango de visión que tendrán para

identificar cada patrón. Se describe el funcionamiento de los bloques

utilizados para el accionamiento del desviador y la detención de la banda

transportadora al detectar objetos que puedan afectar al desviador. En el

capítulo V se describen las pruebas realizadas al prototipo así como los

resultados obtenidos y el costo que implica llevar éste trabajo a puesta en

planta.

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CAPÍTULO V. PRUEBAS Y RESULTADOS

En este capítulo se mencionan las pruebas realizadas del prototipo

construido así como la explicación de cada una de ellas.

5.1 CRITERIO DE FUNCIONAMIENTO

Primeramente se revisa si los botones de accionamiento funcionan

correctamente. El botón de arranque debe de poner en marcha la banda,

el botón de paro detenerla y el paro de emergencia debe de abrir el

circuito no permitiendo arrancar la banda hasta que se restablezca. En la

Figura 5.1 se visualiza la prueba del botón arranque. Al ser accionado el

botón verde se enciende el indicador luminoso del mismo color, indicando

que la banda está en operación.

Figura 5.1 Prueba del botón arranque

En la Figura 5.2 se observa la prueba del botón paro. Al ser accionado el

botón rojo se enciende el indicador luminoso del mismo color, indicando

que la banda se encuentra detenida.

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Figura 5.2 Prueba del botón paro

En la Figura 5.2 se aprecia la prueba del paro de emergencia. Al ser

presionado se abre el circuito y a su vez se enciende el indicador luminoso

rojo, el cual indica que la banda está detenida. Esta acción no permite el

arranque de la banda hasta que no sea restablecido.

5.2 SEPARACIÓN

Para poder visualizar si la tapa contiene o no el sello, el HMI creado en

LabVIEW, cuenta con un indicador luminoso en color verde (que tiene por

nombre tapa sin sello) el cual se enciende cuando detecta el patrón tapa

sin sello. (Figura 5.3).

Figura 5.3 Detección de tapa con defecto

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En la Figura 5.4 se puede observar que la tapa cuenta con el sello por lo

tanto el indicador verde, que corresponde al patrón tapa sin sello, no

enciende.

Figura 5.4 Tapa con sello

5.3 IDENTIFICACIÓN DE OBJETOS EXTRAÑOS

Una de las condiciones que debe tener la programación es que permita

detectar objetos que pueda obstruir el desviador. En la figura 5.5 se

aprecia que al detectar un desarmador la banda se detiene.

Figura 5.5 Banda detenida por detectar un desarmador

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En la Figura 5.6 se muestra la detención de la banda, vista desde el HMI,

por detectar un desarmador.

Figura 5.6 Banda detenida por detectar un desarmador. Vista desde el HMI

En la Figura 5.7 se visualiza que al detectar unas pinzas la banda se para.

Figura 5.7 Banda detenida por detectar unas pinzas

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En la figura 5.8 se muestra que al detectar un tubo de pegamento la

banda se detiene.

Figura 5.10 Banda detenida por detectar un tubo de pegamento

5.4 RESULTADOS

A continuación se describe el tiempo de operación que se obtuvieron al

realizar las pruebas físicamente así como la detección de objetos que

pueda dañar al desviador.

5.4.1 TIEMPO DE OPERACIÓN

El proceso actual de separación de tapas es llevado a cabo por personal

humano. Al salir de la selladora, una persona es capaz de separar 40 tapas

de plástico en un minuto. Con ésta propuesta se permitirá separar 50 tapas

en el mismo lapso de tiempo, es decir un 25% más que el sistema anterior.

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5.4.2 SISTEMA DE SEGURIDAD

En ocasiones, cuando el personal de mantenimiento deja un objeto

grande sobre la banda puede afectar al área de sellado, a pesar de que

ésta propuesta se enfoca a la separación de tapas, (proceso posterior del

sellado), sí contempla el remplazo del personal humano por un desviador

mecánico el cual también puede ser afectado si se deja un objeto de

tamaño considerable, es por ello que se requiere de un sistema de

seguridad que permita detener la banda al detectar un objeto que no sea

una tapa.

5.4.3 HMI

El HMI fue pensada primordialmente para tener un entorno amigable y de

fácil manejo por el usuario, es por esto que se planeó el diseño de una

interfaz, en la cual el operario no tuviera acceso a modificar parámetros

importantes que podrían causar efectos negativos en la selección de

tapas así, mismo no se satura la pantalla con demasiados indicadores,

controles etc.

Gracias a los sistemas HMI es posible, estandarizar productos y procesos.

Dentro de los sistemas HMI, son importantes las arquitecturas a nivel de

cliente/servidor redundantes, Junto con eso, una de las más recientes

novedades en cuanto a las ventajas de este tipo de sistemas es en

términos de la seguridad de la operación del HMI.

5.4.4 PUESTA EN PLANTA

Para desarrollar el presente proyecto se deben tomar en cuenta algunos

aspectos como son, adquisición de equipo o maquinaria nueva, realizar

alguna modificación física a la maquinaria existente entre otros.

Apoyándose en los aspectos anteriores se puede decir que llevar acabo la

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implementación de este proyecto en planta, no se requiere la adquisición

de equipo nuevo, es decir la banda transportadora que se usa

actualmente no se tiene que reemplazar por otra. Si no solo se le deben

realizar algunas modificaciones físicas para crear un el ambiente

adecuado y poder realizar la adquisición de imágenes de la manera más

adecuada, es decir, montar la cubierta en la que se encuentran las

cámaras, leds y el tablero de mando.

5.4.5 COSTOS

Como se mencionó anteriormente es necesario crear un ambiente

adecuado para llevar acabo la selección de tapas de una manera

correcta. Para esto es muy importante conocer el costo de cada uno de

los elementos que componen la cubierta ver tabla 5.

Tabla 5 Cuantificación de costos.

ELEMENTO CANTIDAD COSTO (UNIDAD) COSTO

Cámara 2 $ 250 $ 500

Motor a pasos

unipolar

1 $ 80 $ 80

Contenedor plástico 1 $ 50 $ 50

Indicador luminoso 2 $ 20 $ 40

Botón pulsador 2 $ 25 $ 50

Hongo (Botón paro

de emergencia)

1 $ 50 $ 50

Tarjeta DAQ 1 $ 2600 $ 2600

Tira de leds 1 $ 100 $ 100

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Glándulas 4 $15 $60

Total $ 3530

El tiempo de diseño empleado para la realización de esta propuesta se

requirió de 120 horas que comprende la realización de la estructura, la

programación a bloques en el programa LabVIEW y la ubicación de las

cámaras así como la de la iluminación con un costo de $ 950 por hora;

$114,000 total.

Para implementar el sistema de visión en las bandas transportadoras de la

empresa se requiere de 2 horas para montar la cubierta y hacer las

pruebas necesarias para que funcione correctamente. Cabe mencionar

que este tiempo es para una banda trasportadora con un costo de $1530

por hora. Por lo que para montar el sistema de visión en 5 bandas

transportadoras son $15,300. Costo total $ 324,740. Precio generado en

México D.F a 4 de junio de 2015.

En éste capítulo se describen las pruebas de arranque y paro de la banda

transportadora así como el paro de emergencia. Se verifica que en el HMI

se aprecie cuando detecta una tapa defectuosa y una no defectuosa así

como la detención de la banda transportadora al detectar objetos

extraños. Se mencionó los tiempos de operación, el sistema de seguridad y

el HMI con el que cuenta. Finalmente se detallan los costos que implicaron

en la elaboración del prototipo y el precio que conlleva al llevarlo a planta.

Finalmente se presenta en la tabla 6 un cuadro comparativo de los

beneficios de la implementación de éste prototipo.

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Tabla 6. Beneficios que conlleva la implementación del prototipo en

planta

Antes Después

Producción Manual Automatizada

Tiempo de operación 40 tapas/minuto 50 tapas/minuto

Sistema de seguridad

( botón de paro)

No Sí

Sistema de seguridad

(botón de paro de

emergencia)

No Si

Entorno/Ambiente de

trabajo

Ninguno HMI

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CONCLUSIONES

Al trabajar un sistema de visión en LabVIEW se debe considerar la

resolución de captura de imágenes con la que se desea trabajar así como

los fotogramas que toma por segundo la cámara. La resolución del patrón

con el que se está trabajando es importante ya que si el patrón se tomó

con una cámara de mayor resolución y la cámara que está adquiriendo

las imágenes es de una resolución mucho menor no reconocerá el patrón,

ya que sólo está viendo un área pequeña del patrón, por lo que se

requiere tomar el patrón con la cámara que se va a ocupar.

Si el trabajo requiere de 2 cámaras o más, se recomienda que la PC

cuente con puertos USB 3.0 (dependiendo de la cantidad de cámaras que

se vaya a ocupar) para que la mayoría de las cámaras se conecten a éste

tipo de puerto y la velocidad de adquisición de imagen sea más rápida.

Hay que tener en cuenta que no todas las cámaras funcionan

correctamente al estar conectas a un puerto USB 3.0.

Si se desea ocupar la opción Rotated Patterns del bloque Vision Assistant

esto consumirá mucho más recursos de la PC (Procesador) y podría afectar

la captura de imágenes de las cámaras que se estén utilizando y si la

resolución del patrón es muy grande, por ejemplo 5 mega pixeles, el

tiempo que tardará el procesador de la PC en analizar la imagen será

mayor. Cuando el bloque Vision Acquisition y Assistant se encuentran en el

mismo bloque while y en este se encuentra un retardo, se necesita ocupar

los bloques generate occurrence, get occurrence y set occurrence para

que las cámaras adquieran la imagen continuamente a pesar del retardo.

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En el HMI se puede observar qué es lo que está pasando a través de la

banda transportadora por medio de los displays de las cámaras. Además

existe un indicador (tapa defectuosa) que permite saber si la tapa que

pasó por la cámara 2 es una tapa defectuosa. Al igual que la cámara 2, la

cámara 1 cuenta con 2 indicadores que permiten al usuario saber si el

objeto que pasó es un objeto con dimensiones mayores a la de la tapa.

Debido al espacio con el que se cuenta en la banda transportadora no se

puede implementar motores de gran tamaño por lo que se eligió un

actuador eléctrico, de igual manera cabe mencionar que Si la velocidad

de la banda transporta aumenta, se requerirá cámaras y sistema de

iluminación especializada.

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TRABAJO A FUTURO

El presente proyecto cumple los objetivos propuestos, esto no significa que

no se puedan realizar modificaciones futuras para complementar el

trabajo. De este modo, se proponen los siguientes puntos a considerar para

futuras modificaciones y mejoras:

Implementar un control de los actuadores eléctricos y de esta

manera reducir al máximo el tiempo de separación.

Implementar un sistema de alarmas el cual se active cada vez que

se detecte un objeto extraño.

Realizar Historiales y conteo de piezas con falla de manera digital por

medio de LabVIEW y de esta forma llevar un control de calidad más

exacto.

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APÉNDICE A

DIAGRAMA A BLOQUES SEPARACIÓN DE TAPAS PLÁSTICAS

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APÉNDICE B

ETAPA DE POTENCIA (DISEÑO EN PCB WIZARD)

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APÉNDICE C

PLANOS

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ANEXOS

MOTOR A PASOS

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NI USB-6008

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ULN2803A

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CÁMARA LOGITECH WEBCAM C170

Especificaciones

Videoconferencias (640 x 480 píxeles) con el sistema recomendado

Captura de vídeo: Hasta 1024 x 768 píxeles

Tecnología Logitech Fluid Crystal™

Fotos: Hasta 5 megapíxeles (mejora por software)

Micrófono integrado con reducción de ruido

Certificación USB 2.0 de alta velocidad (se recomienda)

Clip universal para monitores LCD, CRT o portátiles

Software de cámara Web Logitech

Controles de panorámico, inclinación y zoom

Captura de vídeo y fotos

Seguimiento facial

Detección de movimiento

interfaz de usuario para el reconocimiento y separaciÓn de

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