“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO PROTOTIPO PARA EL CONTEO Y SEPARACIÓN DE VARILLAS PARA LA EMPRESA ANDEC

S.A.”

REALIZADO POR:

RODOLFO GABRIEL SÁNCHEZ BUENAÑOLEONARDO ALEJANDRO VILLAGÓMEZ MEJÍA

DIRECTOR: ING. ALEJANDRO CHACÓN.CODIRECTOR: ING. ÁNGELO VILLAVICENCIO

Proceso Actual de ConteoProceso Actual de Conteo

Objetivos Objetivos

• Diseñar e implementar un sistema de conteo y separación automático de varillas funcional, del cual se obtenga un error menor o igual al 5% en el conteo de varillas, para que satisfaga los requerimientos de la empresa, dentro de 6 meses a partir de ser aprobado el proyecto

– Diseñar un sistema automático contador y separador de varillas con un error de hasta el 5% en el conteo de varillas.

– Diseñar un sistema mecánico separador, que soporte el ambiente y las cargas externas de trabajo.

– Diseñar los componentes mecánicos del separador que se adapten al espacio e infraestructura existente en el área de trabajo.

– Realizar un protocolo de pruebas, y documentarlas.– Realizar un análisis y evaluación económico- financiero– Usar, en la medida que se pueda, los equipos disponibles

dentro de la empresa para el presente proyecto

Sistemas de Conteo y Separación Sistemas de Conteo y Separación

Mecanismo Visión ArtificialMecanismo Visión Artificial

Resumen de Selección de AlternativasResumen de Selección de Alternativas

SISTEMA SEPARADOR DE VARILLAS

Componentes Selección Puntaje

Sistema de Posicionamiento Lineal Tornillo de Potencia (de Bolas)89/100

Actuador de Giro Servomotor42/50

Actuador Lineal Cilindro Neumático52/60

Diseño del Tornillo de PotenciaDiseño del Tornillo de PotenciaFactor de seguridad 5Parámetros de diseño

Fuerza Máxima 800 NLargo necesario 1000 mm

Diseño por Carga axialDiámetro 6,35 mm

Diseño por FlexiónDiámetro 17,02 mm

Diseño por FatigaDiámetro 17,58 mm

Selección según estándares.Diámetro 19,05 mm

Selección de Tornillo disponiblesTipo 2005 - 4 Diámetro nominal 20 mmLargo de recorrido 1288 mmPaso 5 mmRigidez 245,17 N/mCarga dinámica 11081,51 NCarga estática 23339,83 N

Materiales del Tornillo 2005-4Parte AISI Tratamiento Dureza HRc

Husillo 1050 Temple por inducción 58-62

Tuerca 8620 Carburación temple revenido 60-62

Bolas 52100 ** 62-65

HUSILLOCoef. de Fricción 0,03

Par de TorsiónT. Carga Axial 1,74 NmT. Carga Perpend. 0,11 NmT. Total 1,85 Nm

Velocidad de funcionamiento

V. Crítica870,69 min^-1

V. Admisible110,86 RPM

TUERCADiseño a Corte

n 242,626Diseño a Compresión

n 200,139Diseño por Carga Dinámica

Carga dinámica 2150,98 NDiseño por duración de vida

D. vida en vueltas 2,61x10^8D. vida en horas 27347,41

Diseño y Selección del Cilindro NeumáticoDiseño y Selección del Cilindro NeumáticoCILINDRO NEUMÁTICOParámetros de diseño

Fuerza Máxima 800 NBrazo 40 mmFactor Seguridad 4Presión trabajo 6 bar

Diseño por esfuerzo a flexiónDiámetro vástago 15,57 mm

Diseño del émboloDiámetro émbolo 41,2 mm

SELECCIÓN CILINDRO NEUMÁTICOMarca:

FESTOCódigo:

APA-50-100-A-P-APresión de trabajo:

1 - 10 barCarrera:

100 mmDiámetro del vástago:

16 mmDiámetro del émbolo:

50 mm

Diseño del Circuito NeumáticoDiseño del Circuito Neumático

CIRCUITO NEUMÁTICOVálv. estrangulación de retención:

GRLA-1/8-QS-8-DVálvula de vías:

CPE14-M1BH-5J-1/8Tubo flexible:

PUN-8x1,25-BL Silenciador:

U -1/8Sensores magnéticos de posición:

SME-8M-DS-24V-K-2,5

Válvulas de vías:CPE14-M1BH-5J-1/8

Unidad de mantenimiento:P32 Compact Series de ½”

Servo - SistemaServo - Sistema

SERVO-SISTEMAParámetros de diseño

Masa del tornillo: 4,98 KgT. Carga Axial: 1,85 NmEficiencia: 0.7

Diseño Servo-MotorTorque Tornillo 1,854 NmTorque Real 2,4 NmPotencia 383,02 W

SELECCIÓN SERVO-SISTEMAServo-Motor:

Marca: GSKCódigo:

80SJT-M024CTorque Nominal: 2,4 NmPotencia: 514,85 WVelocidad Nominal: 2000 RPMEncoder absoluto: 2500 PPR

Servo-Drive:Marca: XINJECódigo: D098BPresición: 0,001 mmControl velocidad: síControl giro: sí

Unidad Lógica Programable (PLC)Unidad Lógica Programable (PLC)PLC - XINJE XC324RT

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS PLCPARÁMETROS ESPECIFICACIÓN

Forma de ejecución del programa Forma de lazo cíclico.

Forma de programación Escalera, Instrucciones.

Protocolo de comunicación Modbus/CAN

Espacio de programa para usuario 128K.

Entradas 14, X0-X15.

Salidas 10, Y0-Y11.

Bobinas internas X X0-X1037.

Bobinas internas Y Y0-Y1037.

Memorias internas M M0-M2999.

Registro word S0-S511.

Timer

T0-T199 100ms no acumulativo.T100-T199 100ms acumulado.T300-T399 10ms acumulado.T400-T499 1ms no acumulado.T500-T599 1ms acumulado.T600-T639 1ms tiempo preciso.

Contador

C0-C299 16 contador secuencial 16bits.

C300-C598 32 bits secuencial/ contador inverso.

C600-C619 Contador de alta velocidad fase simple.

C620-C629 Contador de alta velocidad dos fases.

Sensores Finales de CarreraSensores Finales de Carrera

SENSORESFinales de Carrera:

Marca:PEPPER+FULCH

Código:NBB8-19GM50

Tipo: InductivoDetección: 8 mmEnrasado: síLargo: 50 mmDiámetro: 19 mm

Diseño del Sistema de Visión ArtificialDiseño del Sistema de Visión Artificial

Seleccion de dispositivo de adquisicion

Seleccion de lenteSeleccion de iluminacion

Disposicion fisica Camara-

Iluminacion Vs Varillas

Algoritmo de procesamiento de

imagen

Modos de Funcionamiento

Comunicacion Sistema de vision-

Separador Mecanico

Diseno

Elaboracion HMI

Pruebas de Funcionamiento

Seteo de valores adecuado

Valoracion Eficiencia y Exactitud

ImplementacionIntegracion Vision Separador

Hardware

Software

Selección Dispositivo de Adquisición Selección Dispositivo de Adquisición

ÍTEM VALOR [MM]

Campo de visión Horizontal (FOV1) 900

Campo de visión Vertical (FOV2) 180

Tamaño de características más

pequeña 0,50

Resolución Horizontal: 3600 pixelesResolución Vertical: 720 pixeles

La resolución óptima de la cámara debe ser 3600x720 pixeles.

Cálculo de resolución Cálculo de resolución

Selección Dispositivo de AdquisiciónSelección Dispositivo de Adquisición

Selección Dispositivo de AdquisiciónSelección Dispositivo de Adquisición

Cámara Disponible en ANDEC S.ACámara Disponible en ANDEC S.A..

Disposición de cámara Disposición de cámara

Selección de Iluminación Selección de Iluminación

Variabilidad de corte y color del perfil.Variabilidad de corte y color del perfil.

Selección de Iluminación Selección de Iluminación

Análisis y selección de Iluminación Análisis y selección de Iluminación

Selección de técnica de iluminación Selección de técnica de iluminación

Técnica de Iluminación Técnica de Iluminación

Selección de Longitud de Onda Selección de Longitud de Onda

Selección de longitud de OndaSelección de longitud de Onda

• Iluminación Roja + filtro rojo.• Iluminación verde + filtro verde.• Iluminación Azul + filtro Azul.• Iluminación infrarroja + filtro infrarrojo.

Comercialmente existen dos tipos de longitudes de onda infrarrojas disponibles en el mercado siendo estas: •850 nm •940 nm

Iluminación-Filtro Adquiridos .Iluminación-Filtro Adquiridos .

Características Técnicas Características Técnicas

Disposición de Iluminación PlanteadaDisposición de Iluminación Planteada

Disposición de IluminaciónDisposición de Iluminación

Comunicación entre dispositivos Comunicación entre dispositivos

HMIHMI

Implementación . Implementación .

Resultados. Resultados. Sistema Neumático Sistema Neumático

Velocidad servo motorVelocidad servo motor

Resultados. Resultados. Separación de varillas Separación de varillas

Resultados. Resultados. Histograma de Iluminación Histograma de Iluminación

Resultados. Resultados. Exactitud y Precisión en el conteo

Diámetro [mm] 14 8 25

Exactitud [%] 2,93 8,03 0,07

Precisión 1,48 4,90 0,52

Prueba 10 7 7

Error Promedio [%]3,67

Precisión Promedio 2,30

Resultados. Resultados. Proyección con datos obtenidos Proyección con datos obtenidos

Análisis Económico FinancieroAnálisis Económico Financiero

Item Unidad ValorPresupuesto [$] 39605,55

Tasa de oportunidad = 13,50

Año Flujo Flujo descontado0 -40000 -400001 28256 248952 29668 230303 34426 235454 39684 239135 65487 65487

VAN $120 870,64

TIR 75,92%

75,92 % > 13.56 % la implementación del proyecto es atractiva.

Conclusiones. Conclusiones.

• Es posible realizar conteo de varillas por medio de visión artificial, usando iluminación y filtro IR.

• Uso en su totalidad de equipos disponibles en la empresa.• Error promedio en el conteo de 3,67%.• Menor error conforme aumenta el diámetro de las varillas.• Factores de seguridad altos en el diseño mecánico.• Diseño del separador es independiente del proceso de fabricación de

varillas. • El proyecto es viable económicamente para ANDEC.

RecomendacionesRecomendaciones

• Se recomienda adquirir equipos actualizados, una cámara de 3600x720 pixeles con las mismas características de robustez, conectividad y compatibilidad con el software Labview de National.

• Investigar y probar nuevas técnicas de iluminación, mejorando la técnica usada en el desarrollo de este proyecto.

• Mejorar la preparación del manto de varillas.• Desarrollar e implementar un programa de mantenimiento preventivo y

predictivo para evitar el deterioro prematuro de los elementos mecánicos y electrónicos del sistema.

¿Preguntas?¿Preguntas?