¿Qué datos puede proporcionar IO-Link?

Como ingeniero de aplicaciones, una de las preguntas más frecuentes que me hacen los clientes es “¿Qué es IO-Link y qué datos contiene?”.

Bueno, IO-Link es el primer protocolo de comunicación de sensores aceptado a nivel mundial que se adopta como un estándar internacional IEC61131-9. Es un estándar abierto y no es propiedad de un solo fabricante. Utiliza comunicaciones seriales bidireccionales de una sola línea para transferir datos entre el controlador de la máquina y los sensores/actuadores. Ningún otro protocolo de comunicación es independiente del fabricante y del bus de campo y, sin embargo, proporciona este nivel de comunicación hasta el nivel del sensor/actuador. Proporciona al usuario tres tipos de datos diferentes: datos de proceso, datos de parámetros y diagnósticos o datos de eventos.

Datos de proceso
Los datos del proceso de un dispositivo inteligente IO-Link se consideran el último estado de ese dispositivo. Con datos de entrada y salida, los datos de proceso se intercambian cíclicamente entre el maestro IO-Link y el dispositivo esclavo IO-Link (es decir, sensor o actuador). El intervalo de tiempo o la velocidad de actualización de datos depende únicamente de la cantidad de datos, de 1 a 32 bytes, y la velocidad a la que se comunica un dispositivo esclavo IO-Link. El estándar IO-Link (IEC61131-9) define tres velocidades de comunicación diferentes; COM1 está configurado en 4.8 kBaud (el más lento), COM2 está configurado en 38.4 kBaud y COM3 está configurado en 230.4 kBaud (el más rápido). Dependiendo del dispositivo, los datos del proceso pueden contener el estado de las entradas o salidas del hub de E/S remotas, la retroalimentación de posición de los transductores lineales, la retroalimentación de presión de los transductores de presión, la información del lector de RFID (identificación por radiofrecuencia), etc. Para obtener más información sobre el contenido de datos de proceso, la frecuencia de actualización y el mapeo de datos, debe consultar la hoja de datos del dispositivo esclavo IO-Link o el manual del usuario.

Por último, los datos del proceso se almacenan en la memoria del dispositivo maestro IO-Link y se pasan al controlador a través de un bus de campo específico en el intervalo de paquete de petición. El intervalo de paquete de petición se establece en la configuración del controlador.

Datos de parámetros

Los datos de parámetros contienen información y parámetros específicos del dispositivo esclavo IO-Link. Estos datos se intercambian acíclicamente, lo que significa que se solicitan al maestro o controlador IO-Link y no se basan en el tiempo. Los parámetros se pueden leer desde un dispositivo específico o se pueden escribir en ellos. Los datos de parámetros se utilizan principalmente para la configuración o verificación del dispositivo. Una ventaja clave de IO-Link es que le da al controlador el acceso completo a los parámetros del dispositivo esclavo IO-Link, hasta un nivel de sensor/actuador. Esto significa que su controlador, basado en PLC o PC, puede cambiar la configuración de un dispositivo esclavo de IO-Link dinámicamente sin desconectar el dispositivo y sin el uso de cableados o software de configuración patentados.

El uso típico de los datos de parámetros es para la configuración automática de la máquina, el cambio de receta, el ajuste del proceso, el mantenimiento y el reemplazo fácil de componentes.

Diagnóstico o datos de eventos

Los datos de diagnóstico proporcionan al controlador eventos que afectan el funcionamiento y el rendimiento del dispositivo inteligente IO-Link. El contenido puede variar según el dispositivo utilizado y el fabricante. Los dispositivos inteligentes IO-Link pueden proporcionar datos cruciales como carga, temperatura, nivel de estrés, diagnóstico de sobrecarga y cortocircuito, códigos de error, problemas de configuración o parámetros, problemas de acceso, etc., como parte de los datos de diagnóstico o evento. El tamaño del código de evento es de 2 bytes y en formato de datos hexadecimales. El controlador/usuario puede interpretar esta información utilizando una tabla de búsqueda o un archivo IODD (Descripción del dispositivo de E/S). El manual del usuario tendrá una tabla de datos de diagnóstico que se puede utilizar como referencia.

Conclusión
En conclusión, IO-Link permite una relación plug-and-play entre el controlador y los dispositivos en la máquina. Usando datos IO-Link, el controlador puede reconocer y configurar automáticamente un dispositivo esclavo IO-Link que está conectado a su red. Los datos de proceso y diagnóstico proporcionan información continua sobre el funcionamiento y el estado de la máquina hasta un nivel de sensor, el nivel más bajo de la pirámide de automatización.

Tenga en cuenta que el contenido de los datos de proceso es específico del dispositivo y variará de un dispositivo a otro y de un fabricante a otro. Esto hace que los datos de IO-Link sean uno de los principales diferenciadores entre los dispositivos inteligentes y sus fabricantes. Afortunadamente, IO-Link es un estándar abierto e independiente del fabricante y del bus de campo, por lo que puede mezclar y combinar los dispositivos más adecuados para su aplicación sin preocuparse por la compatibilidad del dispositivo, el cableado especial o los paquetes de software de configuración de terceros.

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Métodos fotoeléctricos de operación

Los sensores fotoeléctricos varían en sus principios operativos y se pueden usar de varias maneras, dependiendo de la aplicación. Se pueden usar para detectar si un objeto está presente, determinar su posición, medir el nivel y más. Con tantos tipos, puede ser difícil elegir el sensor adecuado para su aplicación y, al mismo tiempo, tener en cuenta las condiciones ambientales. A continuación, se ofrece una breve descripción de los diferentes principios operativos utilizados en los sensores fotoeléctricos y dónde se pueden utilizar mejor.

Difuso

Los sensores difusos son el tipo más básico de sensor fotoeléctrico, ya que solo requieren el sensor y el objeto que se detecta. El sensor tiene un emisor y un receptor integrados, por lo que a medida que la luz se emite desde el emisor y alcanza un objeto, la luz rebotará en el objeto y entrará en el receptor. Esto envía una señal discreta de que un objeto está dentro del rango de detección. Debido a que la reflectividad depende del objetivo, los sensores difusos tienen el rango más corto de los tres principios de funcionamiento discretos principales. Los sensores de supresión de fondo funcionan bajo el mismo principio, pero se les puede enseñar a ignorar objetos en el fondo utilizando la triangulación para garantizar que cualquier luz más allá de cierto ángulo no active una salida. Si bien los sensores difusos pueden verse afectados por el color del objetivo, el uso de un sensor de supresión de fondo puede limitar el efecto que el color tiene sobre la fiabilidad. Los sensores de supresión de primer plano funcionan de la misma manera que la supresión de fondo, pero ignorarán cualquier cosa en el primer plano de la distancia enseñada.

Retro-reflectivo

Los sensores retrorreflectivos también tienen el emisor y el receptor en una sola carcasa, pero requieren que se monte un reflector o una cinta reflectante frente al sensor para que la luz recibida lo active. A medida que un objeto pasa por delante del reflector, el sensor ya no recibe la luz, lo que dispara una salida. Debido a la naturaleza del reflector, estos sensores pueden operar a distancias mucho mayores que un sensor difuso. Estos sensores vienen con filtros no polarizados o polarizadores. El filtro polarizador permite que el sensor detecte objetos brillantes y no lo vea como un reflector y evita que cualquier luz ambiental dispersa active el sensor.


Through beam

Los sensores through beam tienen al emisor y al receptor por separado y se colocan uno frente al otro. La salida se dispara una vez que el haz de luz se ha roto. Debido al emisor y receptor separados, el sensor puede funcionar en el rango más largo de los tipos mencionados anteriormente. En estos rangos largos y dependiendo del tipo de luz utilizada, el emisor y el receptor pueden ser difíciles de configurar en comparación con los difusos y los retroreflectivos.

Distancia

Los tres tipos anteriores de sensores fotoeléctricos proporcionan salidas discretas que indican si un objeto está presente o no. Con los sensores fotoeléctricos de distancia, usted puede obtener una lectura continua de la posición del objeto que se está midiendo. Hay dos formas principales de medir la distancia del objeto, el tiempo de propagación, que calcula cuánto tiempo tarda la luz en regresar al receptor, y la triangulación, que utiliza el ángulo de la luz reflejada entrante para determinar la distancia. La triangulación es la opción más precisa, pero el tiempo de propagación puede ser más rentable sin dejar de ofrecer una buena precisión.

Tipo de luz y ambiente

Con cada principio operativo, se utilizan tres tipos de luz en los sensores fotoeléctricos: luz roja, luz roja láser e infrarroja. Dependiendo de las condiciones ambientales y la aplicación, a ciertos tipos de luz les irá mejor que otros. La luz roja es el tipo de luz estándar y se puede usar en la mayoría de las aplicaciones. La luz roja láser se utiliza para una detección más precisa, ya que tiene un punto de luz más pequeño. El infrarrojo se usa en entornos de baja visibilidad, ya que puede atravesar más suciedad y polvo que los otros dos tipos. Aunque el infrarrojo puede funcionar mejor en estos entornos más sucios, los sensores fotoeléctricos se deben usar principalmente donde la acumulación es menos probable. También se debe considerar el montaje ya que estos sensores generalmente no son tan pesados como algunos interruptores de proximidad y se rompen/fallan más fácilmente.

Como puede ver, los sensores fotoeléctricos tienen muchos métodos diferentes de operación y flexibilidad con el tipo de luz para ayudar en una amplia gama de aplicaciones. Al considerar el uso de estos sensores, es importante tener en cuenta las condiciones ambientales que rodean al sensor, así como las restricciones de montaje/posicionamiento, al elegir cuál es el adecuado para su aplicación.

Para obtener más información sobre sensores fotoeléctricos, visite esta página web.

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¿Qué herramienta de visión artificial es adecuada para su aplicación?

La visión artificial es una terminología inherente a la automatización de una fábrica, pero puede ser complicado seleccionar el producto de visión más eficiente y rentable para su proyecto o aplicación.

Podemos ver la visión artificial desde muchos ángulos, por ejemplo, el segmento de mercado y el procesamiento de aplicaciones o imágenes ofrecen diferentes perspectivas. En este artículo me enfocaré en el “elemento sensor” en sí mismo, que escanea su aplicación.

El elemento sensor es un producto que observa la aplicación, la analiza y envía una evaluación. La PC es una parte de la visión artificial que puede integrarse con el generador de imágenes o separarse como el controlador. Podríamos adoptar muchos enfoques diferentes, pero veamos el proyecto de acuerdo con la complejidad de la aplicación. La comparación básica del hardware de visión artificial es

1. sensores inteligentes
2. cámaras inteligentes
3. sistemas de visión

Cada uno de estos productos se usa de manera diferente y se adapta a diferentes aplicaciones, pero ¿qué tienen en común? Deben tener componentes como un generador de imágenes, lentes, iluminación, SW, procesador y salidas HW. Todas las principales empresas manufactureras, independientemente de su enfoque o segmento de mercado, usan estos productos, pero ¿para qué y bajo qué circunstancias se usan?

Sensores inteligentes
Los sensores inteligentes están dedicados a detectar aplicaciones básicas de visión artificial. Hay cientos diferentes en el mercado y deben proporcionar rápidamente un rendimiento estándar en visión artificial. No me malinterpreten, esto no es necesariamente negativo. Estos sensores se utilizan para aplicaciones simples. No desea esperar segundos para detectar el código QR; Necesita un tiempo de respuesta en milisegundos. Los sensores inteligentes generalmente incluyen funciones de detección básicas como:

● matriz de datos, código de barras y lectura de código 2D
● presencia del objeto,
● forma, color, grosor, distancia

Por lo general, se usan en un proceso de propósito único y no puede combinar todas las características.

Cámaras inteligentes
Las cámaras inteligentes se utilizan en proyectos más complejos. Proporcionan todas las funciones de los sensores inteligentes, pero con funciones más complejas como:

● encontrar y verificar un objeto
● detección de manchas
● detección de bordes
● metrología
● navegación robot
● clasificación
● reconocimiento de patrones
● reconocimiento óptico de caracteres complejo

Debido a su complejidad, puede usarlas para encontrar productos con mayor resolución, sin embargo, no es un requisito. Las cámaras inteligentes pueden combinar más programas y pueden hacer varias funciones a la vez. El procesamiento de imágenes es más sofisticado y pueden existir límites en la velocidad de procesamiento, debido a la PC integrada.

Sistemas de visión
Por lo general, los sistemas de visión artificial se utilizan en aplicaciones donde una cámara inteligente no es suficiente.

El sistema de visión consta de cámaras industriales, un controlador, iluminación separada y un sistema de lentes, por lo que es importante tener conocimiento de los diferentes tipos de iluminación y lentes. Las cámaras industriales proporcionan resolución desde VGA hasta 30Mpxl y se conectan fácilmente al controlador.

Los sistemas de visión son sistemas altamente flexibles. Proporcionan todas las funciones de los sensores y cámaras inteligentes. Aportan complejidad y flexibilidad. Con un sistema de visión, usted no estará limitado por la resolución o la velocidad. Gracias al controlador, tiene una potencia de procesamiento dedicada e incomparable que proporciona una aceleración de varias velocidades.

Y la información más importante al final. ¿Cómo se ven los precios?

Puede estar seguro de que el sensor inteligente es la solución más económica. El precio básico está en el rango de $500 a $1,500 USD. Las cámaras inteligentes pueden costar entre $2,000 y $5,000 USD, mientras que el costo de un sistema de visión comenzaría más cerca de los $6,000 USD. Puede parecer un cálculo fácil, pero debe tener en cuenta la complejidad de su proyecto para determinar cuál es el mejor para usted.

 PROSCONTRASCOSTO
Sensor inteligente• Integración fácil
• Configuración simple
• Incluye rayos y lentes
• Funciones limitadas
• SW cerrado
• Programas/memoria limitados
• PS
$
Cámara inteligente• Combina más programas juntos
• Más funciones disponibles
• Resolución limitada
• Velocidad más lenta debido a la PC integrada
$$
Sistema de visión• Conecte más cámaras (hasta 8)
• SW abierto
• Diferentes opciones de resolución
• Requiere un experto especialista en visión artificial
• Requiere conocimiento de rayos y lentes
• Mayor tiempo de integración.
$$$

 

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Los beneficios del cambio guiado en el empaque

El mercado actual de bienes de consumo empaquetados (CPG, por sus siglas en inglés) está impulsando la necesidad de una mayor agilidad y flexibilidad en la maquinaria de empaque. Las ejecuciones más cortas y personalizadas crean cambios de máquina más frecuentes. En consecuencia, reducir el tiempo de paro planificado y no planificado en el cambio es uno de los desafíos clave que las empresas de CPG están trabajando para mejorar.

Muchos fabricantes de máquinas de empaquetado ahora proporcionan un cambio totalmente automatizado, donde los motores mueven las piezas a la posición correcta al cambiar la receta. Esto ha demostrado ser una solución ganadora, sin embargo, no todas las aplicaciones pueden acomodar motores, especialmente aquellas con máquinas más antiguas.

El cambio guiado representa una oportunidad para modificar o modernizar equipos existentes para mejorar la agilidad y flexibilidad en máquinas más antiguas que aún no están listas para ser reemplazadas.

Un paso intermedio accesible entre cambio totalmente manual y totalmente automatizado:

Se puede agregar un sensor de medición para proporcionar retroalimentación de posición en las partes que requieren reposicionamiento para el cambio. Mediante el uso de luces indicadoras, mostradores o pantallas en el punto de uso, se proporciona al operador una guía visual para reposicionar la parte móvil. Solo una vez que todas las piezas están en la posición correcta, la máquina puede arrancar y funcionar.

Al utilizar este concepto, las compañías de CPG pueden obtener varios beneficios clave:

  • Reducción del tiempo de paro planificado: agregar orientación reduce la cantidad de tiempo que lleva mover las piezas a la posición correcta.
  • Reducción del tiempo de paro no planificado: proporcionar orientación al operador minimiza los errores, evitando atascos y otros problemas causados por la desalineación.
  • Reducción de desperdicios: los operadores pueden “marcar” las piezas móviles de forma rápida y precisa. Esto permite que la máquina esté completamente operativa antes, minimizando la escorrentía y el desecho.
  • Capacitación mejorada del operador: Brindar orientación al operador ayuda a las compañías de CPG a lidiar con la inevitable reducción de la fuerza laboral. Los nuevos operadores pueden recibir capacitación rápida sobre los procedimientos de cambio.

Seleccionar el sensor correcto

Se puede usar una variedad de tecnologías de sensores para crear un cambio de guía; Es realmente una cuestión de ajuste, forma y función. Las tecnologías comunes utilizadas en aplicaciones de cambio de posición incluyen transductores y encoders de posicionamiento lineal. Se pueden usar otros dispositivos, como sensores inductivos de distancia y fotoeléctricos, con cierta creatividad para resolver aplicaciones difíciles y desafiantes.

El espacio de montaje disponible y las condiciones ambientales deben tenerse en cuenta al seleccionar el dispositivo correcto. Los sensores con clasificaciones IP mejoradas están disponibles para condiciones ambientales hostiles y para aplicaciones que requieran lavado.

Los dispositivos analógicos se usan comúnmente para actualizar máquinas con PLC antiguos, mientras que IO-Link se puede usar en lugar de un sistema analógico para una solución totalmente digital, lo que permite la comunicación bidireccional entre el sensor y el controlador para el monitoreo de la condición, el reemplazo automático del dispositivo y los cambios de parámetros.

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El uso de sistemas RFID para crear transparencia en la producción

Para cumplir con los requisitos actuales de entrega rápida y flexibilidad infinita, muchas producciones ya están configuradas como producción de flujo con pasos de trabajo distribuidos en las estaciones de trabajo. Como resultado, los productos se pueden adaptar individualmente para cumplir de manera óptima con los requerimientos del cliente.

El requisito previo básico para esto es saber continuamente dónde se encuentra un producto en el proceso. Además, la información sobre la próxima estación de trabajo y el siguiente paso de trabajo debe estar disponible. Sin asistencia técnica, la información requerida sólo puede ser generada por el empleado con mucho esfuerzo. Además, se corre el riesgo de que se confundan los pasos de producción y se produzcan retrasos en el proceso. Una solución para cumplir los requisitos con el mínimo esfuerzo y la máxima fiabilidad es instalar el reconocimiento automatizado de productos mediante el uso de un sistema RFID.

Reconocimiento automatizado de productos con un sistema RFID

Para instalar un sistema RFID, se debe cumplir un requisito previo importante. Cada producto que se planea rastrear necesita un portadatos RFID compatible. Esto permite una conexión individual entre el número de pedido y el producto, que luego se almacena en una base de datos.

Durante la creación del producto, la conexión almacenada se llama varias veces. Cada vez se complementa con más información. De esta manera se puede garantizar la trazabilidad del producto. La conexión se inicia por una antena del sistema RFID, que reconoce el portadatos y su ID. Los datos resultantes muestran qué producto se encuentra en el lugar de trabajo, la marca de tiempo, el lugar de reconocimiento y el número de pedido, todo lo cual se anota en la base de datos.

Comunicación entre el sistema RFID, la base de datos y el empleado de producción.

Reducción de la tasa de error y aumento de la eficiencia en la producción.

Además de garantizar la trazabilidad, la instalación de un sistema RFID también puede reducir significativamente la tasa de fallas en la producción. La conexión a la base de datos permite que la información se mueva de dos maneras. Por un lado, se proporciona información adicional, mientras que por otro se crea información adicional que puede ser procesada por otros sistemas.

El almacenamiento de la marca de tiempo permite un análisis de la duración de cada paso de trabajo. Esto hace viable la identificación de posibles formas de mejorar la producción. Si este análisis y la implementación del sistema se realiza, la eficiencia en la producción se puede mejorar continuamente.

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Aumente la eficiencia y agregue valor con datos

La Industria 4.0 y el Internet industrial de las cosas (IIoT) son términos muy populares en estos días. Pero son más que palabras de moda; La incorporación de estos conceptos en su instalación agrega valor instantáneo.

La industria 4.0 e IIoT le proporcionan los datos que tanto necesita. Tener información fácilmente disponible sobre el rendimiento de sus máquinas permite mejoras en el proceso y una mayor eficiencia. La necesidad de una mayor eficiencia está impulsando a la industria a mejorar los procesos de fabricación, reducir el tiempo de inactividad, aumentar la productividad y eliminar el desperdicio. Es necesaria una mayor eficiencia para mantenerse competitivo en el mercado de fabricación actual. Dado que la tecnología continúa avanzando y es más económica, es más factible que nunca implementar una mayor eficiencia en la industria.

La industria 4.0 e IIoT son los conceptos tecnológicos de la fabricación inteligente o la fábrica inteligente. IIoT es el núcleo de esto, ya que proporciona acceso a los datos directamente desde los dispositivos en la fábrica. Al implementar una arquitectura de controles con IO-Link y prácticas de mantenimiento predictivo a través de parámetros de monitoreo de condición de los dispositivos en la máquina, se está produciendo con industria 4.0 e IIoT.

El monitoreo de las condiciones es el proceso de monitorear la condición de una máquina a través de parámetros. En otras palabras, monitorear un parámetro que da la condición de la máquina o un dispositivo en la máquina, como vibración, temperatura, presión, velocidad, humedad, etc., para identificar un cambio significativo de la misma, lo que indica el posible desarrollo de un error. El monitoreo de las condiciones es el aspecto principal del mantenimiento predictivo.

IO-Link es una comunicación punto a punto para dispositivos que permite tener acceso a la información de diagnóstico sin interferir con los datos del proceso. Hay cientos de dispositivos inteligentes IO-Link, que proporcionan parámetros de monitoreo de condición para la salud del dispositivo y la salud de la máquina. Al utilizar las capacidades de IO-Link para el diagnóstico, usted puede recopilar grandes cantidades de datos directamente de los dispositivos en la fábrica lo que le brinda más control sobre la eficiencia de las mismas. Los conceptos de fábrica inteligente están disponibles hoy con IO-Link como la columna vertebral de la máquina inteligente y la fábrica inteligente.

Sumérjase en big data con confianza sabiendo que puede recopilar la información que necesita con los conceptos de fábrica inteligente disponibles en la actualidad.

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Sensores industriales con funcionalidad de diagnóstico

Autoconocimiento

Para monitorear la funcionalidad en procesos industriales se debe tomar en cuenta dos aspectos importantes: conciencia ambiental y el autoconocimiento.
La conciencia ambiental analiza el impacto que proporciona el medio ambiente (por ejemplo, la temperatura ambiental). El autoconocimiento recopila información sobre los estados internos de los subsistemas y sistemas. El monitoreo de diagnóstico de procesos industriales que son dinámicos generalmente no es tan crítico como el de aquellos que son estáticos. Si tiene muchos cambios de señal en los sensores debido a la actividad de los actuadores, con cada cambio de señal plausible del sensor puede estar bastante seguro de que el sensor sigue operando y actúa correctamente. Un buen ejemplo es la medición de la velocidad de rotación de una rueda con un sensor inductivo que tiene muchos cambios de señal por segundo. Si el actuador condujera la rueda para girar, pero el sensor no proporciona cambios de señal en su salida, algo estaría mal. El control de la máquina reconocería esto y activaría el paro de la máquina y la inspección de la situación.

Sensores inductivos con autoconocimiento

DESINA

Para aplicaciones de detección de nivel en tanques de líquido refrigerante de aplicaciones metalúrgicas, con frecuencia se utilizan sensores inductivos con autodiagnóstico. Los sensores inductivos detectan una bandera de metal que se monta en un flotador con fijación de varilla. Vea el siguiente dibujo:

Además de la señal de salida cambiante, estos sensores tienen un monitor de salida que es una señal “alta” cuando el estado del sensor es correcto. Por ejemplo, en un caso de un cortocircuito o daños en la bobina del sensor, la salida del monitor será señal “baja”. Este tipo de sensor denominado DESINA está estandarizado de acuerdo a las normativas de ISO 23570-1 (Sistemas de automatización industrial e integración – Instalación distribuida en aplicaciones industriales – Parte 1: Sensores y actuadores). Más información acerca de DESINA
Datos técnicos de dicho sensor: BES05F9

Control dinámico del sensor

Otro enfoque es el DSC – Control dinámico del sensor. En lugar de utilizar una salida de monitorización adicional, este tipo de sensor proporciona impulsos siempre que esté “vivo”

La salida del sensor proporciona información sobre la posición del objetivo con respecto al sensor, así como el diagnóstico de estado del propio sensor.
Más información del sensor BES03EL

IO-Link

Con la comunicación IO-Link se puede realizar incluso la enseñanza de la distancia de conmutación definida. El concepto IO-Link permite distinguir entre datos de proceso en tiempo real (como el objetivo dentro/fuera del rango de detección) y los datos de servicio que pueden transferirse con una tasa de actualización más baja (operando en segundo plano del proceso real).

Aquí hay un ejemplo de un sensor inductivo con funcionalidad IO-Link: BES04FK

Descripción general de sensores con funcionalidad de diagnóstico.

Más información acerca de monitoreo:
¡Nosotros monitoreamos sus equipos!

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Cuándo usar el filtrado óptico en una aplicación de visión artificial

El procesamiento de imágenes industriales es esencialmente un requisito en las líneas de producción modernas. Las soluciones de visión pueden ofrecer control de calidad visual, identificación y posicionamiento. Si bien los sistemas de visión se han vuelto más fáciles de instalar y usar, no existe una solución única para todos. Saber cómo y cuándo debe usar el filtrado óptico en una aplicación de visión artificial es una parte vital para asegurarse de que su sistema le brinde todo lo que necesita.

Entonces, ¿cuándo se debe usar el filtrado óptico en aplicaciones de visión artificial? SIEMPRE. El filtrado de imágenes aumenta el contraste, la resolución utilizable, la calidad de imagen y, lo que es más importante, reduce drásticamente la interferencia de la luz ambiental, que es la razón número uno por la que una aplicación de visión artificial no funciona como se esperaba.

Diferentes aplicaciones requieren distintos tipos de filtrado. He destacado los más comunes.

Filtrado de pasobanda
Los diferentes espectros de luz mejorarán o minimizarán ciertos aspectos del objetivo que se está inspeccionando. Por lo tanto, lo primero que debe hacer es seleccionar el color/longitud de onda adecuado que le brinde el mejor contraste para su aplicación. Por ejemplo, si está utilizando una luz de área roja que transmite a 617 nm (Figura 1), querrá seleccionar un filtro (Figura 3) para conectarlo a la lente (Figura 2) que pasa la frecuencia de la luz de área y filtra el resto del espectro de color. Esta técnica de filtro se denomina referencia de filtrado de pasobanda (Figura 4).

Figura 1 Figura 2
Figura 3 Figura 4

Esto permite que solo pase la luz de la luz del área mientras se filtra toda la otra luz. Para ilustrar mejor los tipos de efectos que pueden enfatizarse o minimizarse, podemos ver las siguientes imágenes del mismo producto pero con diferentes filtros.

Figura 5: se utilizó una fuente de luz LED roja con un filtro de pasobanda rojo Figura 6: se utilizó una fuente de luz LED verde con un filtro de pasobanda verde
Figura 7: se utilizó una fuente de luz LED azul con un filtro de pasobanda azul Figura 8: la imagen en su color natural

Otro ejemplo de filtrado de pasobanda se puede ver en la (Figura 9), que demuestra el beneficio de usar un filtro en una aplicación para leer el código de LOTE y la fecha de venta preferente. Una fuente de luz LED azul y un filtro de pasobanda azul hacen que la información sea legible, mientras que sin el filtro no lo es.


Figura 9

Filtrado de pasobanda estrecho
El filtrado de pasobanda estrecho, que se muestra en la (Figura 10), se utiliza principalmente para aplicaciones de medición dimensional de líneas láser, a las que se hace referencia en la (Figura 11). Esta técnica crea más inmunidad a la luz ambiental que el filtrado de pasobanda normal. También disminuye el ancho de banda de la imagen y crea una especie de efecto negro sobre blanco, que es el resultado que se desea para esta aplicación.

Figura 10 Figura 11

Filtrado de paso corto
Otra técnica de filtrado óptico es el filtrado de paso corto, que se muestra en la (Figura 12), que se usa comúnmente en imágenes de cámaras a color porque filtra las fuentes de luz UV e IR para brindarle una imagen en color real.

Figura 12

Filtrado de paso largo
El filtrado de paso largo, al que se hace referencia en la (Figura 13), a menudo se usa en aplicaciones IR donde se desea suprimir el espectro de luz visible.

Figura 13

Filtrado de densidad neutral
El filtrado de densidad neutra se utiliza regularmente en la inspección de LEDs. Sin filtrado, la luz proveniente de los LED satura completamente la imagen, lo que hace difícil, si no imposible, realizar una inspección adecuada. La implementación del filtrado de densidad neutral actúa como unas gafas de sol para su cámara. En resumen, reduce la cantidad de luz de espectro completo que ve la cámara.

Filtrado de polarización
El filtrado de polarización es mejor cuando tiene superficies que son altamente reflectivas o brillantes. El filtro de polarización se puede utilizar para reducir el reflejo en su objetivo. Puede ver claramente los beneficios de esto en la (Figura 14).

Figura 14

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Los talleres de prensado aumentan la productividad con conexiones sin contacto

En talleres de prensado o plantas de estampado, el tiempo de paro puede costar fácilmente miles de dólares en productividad. Esto es especialmente cierto en el proceso de estampado progresivo, donde el costo del tiempo de paro es mucho mayor a medida que se detiene toda la línea de estampado automatizado.

Se han realizado muchos avances en las plantas de estampado modernas a lo largo de los años para mejorar la productividad y reducir el tiempo de paro. Esto se ha llevado a cabo implementando filosofías “lean” y agregando sistemas de detección de errores a los procesos. La detección en troquel es un gran ejemplo, donde se agregan algunos sensores inductivos o fotosensibles al troquel o molde para garantizar que las piezas estén bien asentadas y que el troquel correcto esté en el lugar correcto y en la prensa correcta. La detección en el troquel casi eliminó los errores comunes que causaron daños en mismo troquel, en el molde o daños en la prensa al estampar en diversas partes o en partes incorrectas.

En casi todos estos casos, cuando se reemplaza el troquel o el molde, el operador debe conectar los sensores integrados, generalmente con un conector Harting de múltiples pines o algo similar para tener una capacidad de conexión rápida. Desafortunadamente, a menudo cuando se extrae el troquel o el molde de la prensa, los operadores olvidan desconectar el conector. La fuerza de corte excretada por el movimiento de retirar el troquel rasga la carcasa del conector, lo que conduce a un tiempo de paro no planificado y puede tomar aproximadamente 3-5 horas para volver a poner el sistema en marcha.

 

Otro desafío con los conectores multiconductores es que, con el tiempo, debido a todos los cambios, los pines de los conectores pueden romperse y provocar falsos contactos intermitentes o una identificación incorrecta del troquel. Esto puede provocar daños graves al sistema.

Ambos desafíos se pueden resolver fácilmente con el uso de una solución de conexión sin contacto. Las conexiones sin contacto, también conocidas como soluciones de acoplamiento inductivo, es donde un lado de los conectores llamado “Base” y el otro lado llamado “Remoto” intercambian potencia y señales a través de un espacio de aire. La tecnología ha existido durante mucho tiempo y se ha aplicado en el entorno de la automatización industrial durante más de una década principalmente en aplicaciones de cambio de herramientas o en platos divisores como reemplazo de los anillos deslizantes. Para obtener más información sobre el acoplamiento inductivo, aquí hay algunas publicaciones del blog (1) Acoplamiento inductivo: concepto simple para automatización compleja, parte 1, (2) Acoplamiento inductivo: concepto simple para automatización compleja, parte 2

Para la automatización de la prensa, el lado “Base” se puede fijar a la prensa y el lado “Remoto” se puede montar en un troquel o molde, de tal manera que cuando el troquel se coloca correctamente, los dos lados del acoplador se pueden colocar muy cerca el uno del otro (en un rango de 2-5 mm). Esta solución puede alimentar los sensores en el troquel y puede ayudar a transmitir hasta 12 señales. O bien, con el acoplamiento inductivo basado en IO-Link, se puede agregar más flexibilidad e inteligencia al troquel. Discutiremos el acoplamiento inductivo basado en IO-Link para la automatización de la prensa en un artículo próximo del blog.

Algunas ventajas del acoplamiento inductivo sobre la solución conectorizada:

  • Como no hay pines ni piezas mecánicas, el acoplamiento inductivo es una solución prácticamente libre de mantenimiento.
  • Los LEDs adicionales en los acopladores para indicar el estado de la zona y la alimentación ayudan con la resolución rápida de problemas, en comparación con tener que averiguar qué pines están mal o qué está mal con los sensores.
  • Los acopladores inductivos suelen tener un grado de protección IP67, por lo que el ingreso de agua, polvo, aceite o cualquier otro factor ambiental no afecta la función de los acopladores.
  • La alineación de los acopladores no tiene que ser perfecta si la base y el remoto están muy cerca. Si el área de prensado experimenta cambios drásticos en la humedad o la temperatura, eso no afectaría a los acopladores.
  • Existen múltiples formas para adaptarse a la necesidad de cada aplicación.

En resumen, la automatización de los talleres de prensado puede aumentar la productividad, simplemente cambiando los conectores tradicionales por conectores sin contacto

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Cómo seleccionar las mejores técnicas de iluminación para su aplicación de visión artificial

La clave para implementar una aplicación robusta de visión artificial en un entorno de automatización en una fábrica es asegurarse de crear el ambiente necesario para una imagen estable. Las tres áreas en las que debe enfocarse para garantizar la estabilidad de la imagen son: iluminación, lentes y manejo de materiales. Para este blog, me centraré en las siete técnicas principales de iluminación que se utilizan en las aplicaciones de visión artificial.

Iluminación anular sobre el eje de la cámara

La iluminación anular sobre el eje es el tipo más común de iluminación porque en muchos casos está integrada en la cámara y está disponible como un número de pieza. Cuando utilice este tipo de iluminación, casi siempre querrá estar algunos grados fuera de la perpendicular (Imagen 1A). Si está perpendicular al objeto, obtendrá puntos conflictivos en la imagen (Imagen 1B), lo cual no es deseable. Cuando la cámara con su luz anular se inclina ligeramente fuera de perpendicular, se obtiene la imagen deseada (Imagen 1C).

Imagen 1A Imagen 1B Imagen 1C

Iluminación del campo brillante fuera del eje

La iluminación del campo brillante fuera del eje funciona al tener una fuente de LED separada montada a aproximadamente 15 grados con respecto a la perpendicular y con la cámara montada perpendicular a la superficie (Imagen 2A). Esta técnica de iluminación funciona mejor en superficies principalmente planas. La superficie o el campo principal será brillante y los orificios o hendiduras estarán oscuros (Imagen 2B).

 

Imagen 2A Imagen 2B

Iluminación del campo oscuro

Se requiere que la iluminación del campo oscuro esté muy cerca de la pieza, generalmente alrededor de una pulgada. El ángulo de montaje de los LEDs de campo oscuro debe ser de al menos 45 grados o más para crear el efecto deseado (Imagen 3A). En resumen, tiene el efecto opuesto de la iluminación del campo brillante, lo que significa que la superficie o el campo es oscuro y las muescas o protuberancias serán mucho más brillantes (Imagen 3B).

Imagen 3A Imagen 3B

Iluminación de fondo

La iluminación de fondo funciona haciendo que la cámara apunte directamente a la luz de fondo en un soporte perpendicular. El objeto que está inspeccionando se coloca entre la cámara y la luz de fondo (Imagen 4A). Esta técnica de iluminación es la más sólida que puede usar pues crea un objetivo negro sobre un fondo blanco (Imagen 4B).

Imagen 4A Imagen 4B

Iluminación difusa de domo

La iluminación difusa de domo, también conocida como la “iluminación de ensaladera”, funciona al tener un orificio en la parte superior del domo donde se monta la cámara y los LEDs se montan en el borde, apuntando hacia arriba, lo que hace que la luz se refleje fuera de la superficie curva de la “ensaladera” y se cree una reflexión muy uniforme (Imagen 5A). La iluminación difusa de domo se usa cuando el objeto que se está inspeccionando es curvo o no es uniforme (Imagen 5B). Después de aplicar esta técnica de iluminación a una superficie o textura irregular, los puntos conflictivos y otros detalles nítidos se resaltan, y se crea una especie de acabado mate en la imagen (Imagen 5C).

Imagen 5A Imagen 5B Imagen 5C

Iluminación difusa sobre el eje de la cámara

La iluminación difusa sobre el eje de la cámara, o DOAL (por sus siglas en inglés, Diffused On-Axis Lighting), funciona al tener una fuente de luz LED apuntando a un divisor de haz. La luz reflejada es paralela a la dirección de montaje de la cámara (Imagen 6A). La iluminación DOAL solo debe usarse en superficies planas en las que se intenta disminuir partes muy brillantes de la superficie para crear una imagen uniforme. Aplicaciones para la inspección de objetos como DVDs, CDs u obleas de silicón son algunos de los usos más comunes para este tipo de iluminación.

Imagen 6A

Iluminación estructurada con líneas láser

La iluminación estructurada con líneas láser funciona al proyectar una línea láser sobre un objeto tridimensional (Imagen 7A), lo que da como resultado una imagen que le brinda información sobre la altura del objeto. Según el ángulo de montaje de la cámara y el transmisor de líneas láser, el cambio resultante en las líneas láser será mayor o menor a medida que cambie el ángulo de los dispositivos (Imagen 7B). Cuando no hay ningún objeto, la línea láser será plana (Imagen 7C).

Imagen 7A Imagen 7B Imagen 7C

Aplicaciones de la vida real

Las imágenes a continuación, “Imagen 8A” e “Imagen 8B” se usaron para una aplicación que requiere que se cuenten los pines de un conector. Como puede ver, la iluminación de campo brillante de la izquierda no produce una imagen clara, pero la iluminación de campo oscuro de la derecha sí lo hace.

Imagen 8A Imagen 8B

El siguiente ejemplo (Imagen 9A e Imagen 9B) fue para una aplicación que requería la lectura de un código de barras a través de un envoltorio de celofán. La imagen no clara (Imagen 9A) se adquirió utilizando una iluminación anular sobre el eje de la cámara, mientras que el uso de una iluminación de domo (Imagen 9B) dio como resultado una imagen clara y fácil de leer del código de barras.

Imagen 9A Imagen 9B

En este ejemplo, las imágenes “Imagen 10A”, “Imagen 10B” e “Imagen 10C” muestran diferentes técnicas de iluminación en el mismo objeto. En la imagen “Imagen 10A”, se utiliza la iluminación de fondo para medir el diámetro del agujero más pequeño. En la imagen “Imagen 10B”, la iluminación de domo se utiliza para inspeccionar el cono del orificio superior en referencia al orificio inferior. En la imágen “Imagen 10C”, la iluminación de campo oscuro se está utilizando para realizar el reconocimiento óptico de caracteres “OCR” (por sus siglas en inglés, Optical Character Recognition) en el objeto. Cada uno de estos podría verse como positivo o negativo dependiendo de lo que se esté tratando de lograr.

Imagen 10A Imagen 10B Imagen 10C

 

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