Procesos de paletizado automatizado con acopladores inductivos

Los sistemas RFID son una excelente manera de rastrear material en un pallet a través de un almacén. Se coloca un portadatos en el pallet y un cabezal de lectura/escritura lo lee cuando está dentro del rango. Comúnmente utilizado para identificar cuándo el pallet pasa por las diferentes etapas de su proceso programado, el sistema RFID proporciona una manera fácil de saber dónde está el material a lo largo de un proceso y saber cuánto tiempo tarda el producto en pasar por cada etapa. Pero, ¿qué sucede si se necesitan E/S en el pallet mismo o una herramienta intercambiable en el extremo del brazo?

Acoplamiento inductivo

El acoplamiento inductivo ofrece una transmisión fiable de datos sin contacto. Es la misma tecnología utilizada para cargar un teléfono celular de forma inalámbrica. Hay una base y un control remoto, y cuando están alineados dentro de una cierta distancia, la potencia y la señal se pueden transferir entre ellos como si fuera una conexión de cable estándar.

Cuando un robot está cambiando las herramientas del extremo del brazo, se pueden usar acopladores inductivos para alimentar la herramienta del extremo del brazo sin la preocupación del mantenimiento que viene con una conexión física que se desgasta con el tiempo.

Para otro ejemplo de cómo se pueden usar los acopladores inductivos en un proceso como este, supongamos que su proceso requiere que un robot coloque piezas en un producto de metal y las suelde. Desea que las E/S en el pallet le digan al robot que las piezas están en el lugar correcto antes de soldarlas al producto. Esto requiere que los sensores se enciendan en la plataforma mientras se comunican con el robot. Los acopladores inductivos son una excelente solución porque, al comunicarse por un espacio de aire, no necesitan estar conectados y desconectados cuando el pallet llega o sale de la estación. Cuando el pallet entra en la estación, la base y el control remoto se alinean, y todas las E/S en el pallet se alimentan y pueden comunicarse con el robot para que pueda realizar la tarea.

Además, los acopladores inductivos pueden actuar como un identificador único, muy parecido a un sistema RFID. Por ejemplo, cuando un pallet lleno de producto “A” se encuentra dentro del alcance del robot, la base y la alineación remota le indican al robot que realice la acción “A”. Por el contrario, cuando un pallet cargado con el producto “B” está dentro del alcance, el robot se comunica con el pallet y sabe realizar una tarea diferente. Esto permite que varios productos pasen por la misma línea sin tantos cambios, lo que reduce los errores y el tiempo de paro.

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Reduzca la cantidad de nodos de Ethernet en su red usando IO-Link

Los fabricantes han estado utilizando protocolos industriales de Ethernet como su red de controles desde principios de la década de 1990. Se prefirieron los protocolos Ethernet industriales como Ethernet/IP, ProfiNet y Modbus TCP sobre los protocolos de bus de campo porque ofrecían los beneficios de un mayor ancho de banda, conectividad abierta y estandarización, todo mientras se usa el mismo hardware Ethernet que la red de TI de la oficina. Ser Ethernet estándar también le permite monitorear de forma remota dispositivos Ethernet individuales a través de la red en busca de diagnósticos y alarmas, brindando una mayor visibilidad de los datos de producción.

Con Ethernet como la tecnología clave para la Industria 4.0 y la digitalización, cada vez más dispositivos tendrán capacidades de Ethernet. Los nodos de Ethernet industriales típicos en una planta pueden incluir controladores PLC, robots, dispositivos de E/S para sensores, actuadores, medidores de flujo, transductores y colectores. Si bien es genial obtener todos los datos y diagnósticos de todo el proceso de producción, tener todos los dispositivos conectados a través de Ethernet tiene algunas desventajas. Puede conducir a redes Ethernet más grandes, lo que puede significar más costos en hardware como enrutadores, conmutadores y cables Ethernet, y algunos costos de licencia de software Ethernet se basan en la cantidad de nodos Ethernet que se utilizan en la red.

Además, a medida que se agregan más dispositivos Ethernet a una red, la propia red Ethernet puede volverse más compleja. Cada dispositivo Ethernet individual requiere una dirección IP. Si un nodo Ethernet deja de funcionar y necesita ser reemplazado, un operador necesitaría conocer la dirección IP anterior del dispositivo y tener acceso rápido al manual con instrucciones sobre cómo asignar la dirección IP anterior al nuevo dispositivo. Alguien también debe administrar las direcciones IP en la red. Deberá haber una lista de las direcciones IP en la red, así como las disponibles, de modo que cuando se agrega un nuevo dispositivo Ethernet a la red, no se utilice una dirección duplicada

Una forma de reducir la cantidad de nodos Ethernet mientras se obtienen datos y diagnósticos del dispositivo es mediante el uso de IO-Link para las comunicaciones de dispositivos de campo. IO-Link es un estándar abierto de comunicación punto a punto para sensores y actuadores publicado por la IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) como IEC 61131-9. Como es independiente al bus de campo y al fabricante, hay una larga lista de dispositivos de fabricantes que vienen con IO-Link. Cada dispositivo IO-Link puede volver a un solo nodo Ethernet, a través de un acceso IO-Link a Ethernet. Dado que es una tecnología abierta, también hay varios fabricantes que hacen diferentes accesos de IO-Link a Ethernet industriales.

En el acceso IO-Link a Ethernet, cada canal tiene un conjunto de chips maestros IO-Link. Está diseñado para comunicarse automáticamente y proporcionar datos tan pronto como un dispositivo IO-Link se conecta a un puerto. Por lo tanto, no se requiere direccionamiento ni configuración adicional. IO-Link es punto a punto, por lo que siempre es un único dispositivo IO-Link conectado a un solo puerto en el acceso utilizando un cable de sensor estándar. Dependiendo de la cantidad de dispositivos IO-Link que se conecten a un solo nodo Ethernet, los accesos IO-Link pueden venir en 4, 8 o 16 canales de dispositivos. Este gráfico (imagen 1) muestra seis dispositivos IO-Link conectados a un único acceso Ethernet de 8 canales. Este acceso se comunica de nuevo con el controlador PLC Ethernet como una única dirección IP con un cable Ethernet estándar. Sin usar IO-Link, esto podría requerir que los seis dispositivos sean dispositivos Ethernet industriales. Cada dispositivo tendría su propia dirección IP para configurar, junto con seis cables Ethernet que regresan a un conmutador administrado de 6 puertos antes de ir al controlador PLC.

Imagen 1: Seis dispositivos IO-Link conectados a un único enlace Ethernet de 8 canales.

Dispositivos IO-Link conectados:

1. El Hub de E/S se utiliza para conectarse a 16 sensores discretos estándar/fotoeléctricos.
2. Bloque de válvula utilizado para controlar hasta 24 bobinas.
3. Luz indicadora visual
4. Sistema de procesador de RFID
5. Sensor de presión
6. Convertidor de IO-Link a analógico estándar (0-10V o 4-20ma)

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Aplicaciones de troquelado a prueba de errores con sensores de presión

Al mejorar la calidad del producto o la eficiencia de la producción, los ingenieros de fabricación suelen recurrir a soluciones de automatización a prueba de errores y mejoras en su aplicación. En aplicaciones de troquelado, eso a menudo lleva a agregar sensores para ayudar a detectar la presencia de un material o una característica en una parte que se está formando, por ejemplo, un agujero en una parte. En el mundo del troquelado, esto puede denominarse “detección en el troquel” o “protección del troquel”. El término “protección del troquel” se usa porque si los sensores no ven el material en la ubicación correcta al formarse, podría causar un choque del troquel. El costo de un choque de troqueles puede incrementarse rápidamente. No solo se pierde tiempo de producción, sino que también se daña el troquel que puede ser extremadamente costoso de reparar. Por lo general, se utilizan varios sensores en todo el troquel para buscar el material o características en el material en diferentes ubicaciones, para asegurarse de que el material esté presente para proteger el troquel. Los ingenieros de fabricación tienden a usar sensores fotoeléctricos de proximidad y/o inductivos en estas aplicaciones; sin embargo, los sensores de presión son una alternativa rentable y sencilla.

En las aplicaciones de troquelado de hoy, los ingenieros de fabricación desean troquelar piezas más rápido mientras reducen el tiempo de paro y los desperdicios. Una tendencia creciente en los talleres de troquelado es la adición de nitrógeno en los troqueles. Al agregar resortes de gas llenos de nitrógeno y/o elevadores llenos de nitrógeno gaseoso, la prensa puede funcionar más rápido y pasar las piezas más rápido.

Típicamente, el troquel se carga con nitrógeno antes de que la prensa comience a hacer funcionar las piezas. Hoy en día, muchas plantas de troquelado dependen de un indicador analógico (imagen 1) para determinar si hay suficiente presión de nitrógeno para operar de manera segura. Cuando se coloca un nuevo troquel en la prensa, alguien debe mirar el medidor y asegurarse de que el nivel sea correcto antes de ejecutar la prensa. No hay ningún tipo de señal o retroalimentación de este medidor al PLC o la prensa; por lo tanto, no existe un método de detección de errores real para notificar al operador si la presión nominal es correcta o incluso si está presente antes de comenzar la operación de la prensa. Si el operador comienza a hacer funcionar la prensa sin nitrógeno para los resortes, entonces no se moverá el material y esto puede causar un choque.

Otro problema probablemente más significativo que enfrentan los ingenieros es la formación de un agujero en una de las mangueras mientras están en funcionamiento. Un orificio muy pequeño en una manguera puede no ser perceptible para el operador y puede que ni siquiera aparezca en el indicado analógico. Sin esta retroalimentación del medidor, la prensa continuará funcionando y aumentará la probabilidad de que las piezas se troquelen y estén fuera de las especificaciones, causando desperdicios innecesarios. Los costos de la chatarra pueden ser bastante grandes y aumentar hasta que se descubre la fuga. Además, si el material no puede moverse a través de la prensa correctamente debido a la falta de presión de nitrógeno en los resortes o elevadores, podría provocar que el material retroceda y provocar un choque.

Al usar un sensor de presión, puede establecer configuraciones de alta y baja presión que darán una salida cuando se alcance cualquiera de ellas. Las salidas pueden ser discretas, analógicas o IO-Link, y pueden estar vinculadas a su PLC para activar una alarma para el operador, enviar una alerta a la HMI o incluso detener la prensa. También puede hacer que el PLC se asegure de que haya presión antes de encender la prensa para verificar que se cargó adecuadamente con nitrógeno durante la configuración.

Agregar un sensor de presión electrónico para monitorear la presión de nitrógeno es una forma simple y rentable de eliminar errores de esta aplicación y evitar problemas costosos.

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Más allá del ojo humano

¿Alguna vez ha tenido que entrecerrar los ojos, esforzarse, ajustar sus anteojos o simplemente pedirle a alguien con mejor vista que le ayude a leer algo? Ahora imagine tener que ajustar su vista 10 veces por segundo. Este es el poder de la visión artificial. Puede ajustar, iluminar, filtrar, enfocar, leer y transmitir información con la que luchan nuestros ojos. Aunque la tecnología tiene 30 años, la visión artificial aún se encuentra en sus primeras etapas de adopción dentro del espacio industrial. En el pasado, la visión artificial era “agradable de tener”, pero no era realmente una tecnología que se “necesitaba tener” debido a los costos, y a que la tecnología aún no se estaba refinando. A medida que la trazabilidad, la detección de errores humanos y las aplicaciones avanzadas se vuelven más comunes, la visión artificial ha encontrado su ritmo dentro de la automatización de las fábricas. Se ha convertido en una tecnología robusta ansiosa por resolver aplicaciones avanzadas.

Tomemos, por ejemplo, la lectura precisa, la validación y el registro de una fecha ubicada en el fondo cóncavo de una lata de aluminio. A veces, casi imposible de ver con el ojo humano sin algún esfuerzo involucrado, es completamente necesario asegurarse de que esté allí para poder vender el producto. ¿Cuál sería su solución para asegurar que el sello de la fecha esté allí? ¿Hacer que el empleado con los mejores ojos valide cada lata fuera de línea? ¿Usa más tinta y tardar más en imprimir un código más grande? ¿Quizás agregar un paso colocando una etiqueta de contrastante negra sobre blanca en la parte inferior que podría caerse? Todo esto funcionaría pero, ¿a qué costo? Una mejor solución es utilizar un dispositivo que sea capaz de leer varias latas por segundo, incluso en una superficie brillante y pobremente angulada, y ahorrar un montón de tiempo y pasos innecesarios.

La visión de una máquina no es mágica; Es ciencia. Al combinar sensores de imagen de alta gama, algoritmos avanzados y especialistas en visión capacitados, una aplicación como nuestro ejemplo de aluminio puede resolverse en minutos y ejecutarse para siempre, todo mientras le ahorra tiempo y dinero. En la Figura 1, puede ver que el código de la lata está ligeramente impreso y superado por cualquier iluminación debido a los puntos de acceso desde el ángulo de la lata. En la Figura 2, hemos filtrado parte del resplandor, definimos mejor la fecha a través del software y validamos que la fecha se imprime y es correcta.

Tómese un momento para imaginar todas las posibilidades que la visión artificial puede abrir para su proceso de producción y los puntos débiles que puede mejorar. La tecnología está lista, ¿y usted?

Figura 1

Figura 2

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Uso de datos para impulsar la productividad de la planta

¿Qué nos impide aumentar la productividad en nuestras plantas al siguiente nivel? Durante una presentación reciente sobre Industria 4.0 y IIoT, me hicieron esta pregunta.

Lo más importante, en mi opinión, que nos impide aumentar la productividad al siguiente nivel es la falta de DATOS. Específicamente, datos sobre los sistemas y los procesos.

Desde el principio de los tiempos, hemos tenido hambre de eficiencia. Mientras que el hombre primitivo inventó métodos más eficientes para cazar y sobrevivir, hoy estamos buscando formas de producir de manera más eficiente en nuestras plantas con un mínimo o cero desperdicio. Después de agotar todas las vías para operaciones lean en los procedimientos de la planta y nuestras actividades cotidianas, ahora estamos viendo cómo podemos recuperarnos de un tiempo de paro inesperado rápidamente. Estoy seguro de que en el futuro buscaremos información sobre cómo podemos evitar el tiempo de inactividad por completo.

Hay muchas razones para el tiempo de paro. Solo algunos ejemplos:

1. Falta de disponibilidad de mano de obra, algo que podríamos estar experimentando en estos días, cuando la pandemia de COVID-19 ha reducido algunas fuerzas laborales.
2. Falta de disponibilidad de materias primas.
3. Falta de disponibilidad de refacciones.
4. Falta de disponibilidad de activos.
5. Fallas en máquinas/componentes.
En esta lista, las dos primeras razones están más allá del alcance de las intenciones de este blog y, francamente, están fuera de control desde el punto de vista de la producción.

Sin embargo, las siguientes dos razones están relacionadas con el proceso y la última se basa únicamente en las elecciones que tomamos. Estas tres razones, hasta cierto punto, pueden reducirse o eliminarse.

Si el tiempo de paro está relacionado con el proceso, podemos aprender de ellos y mejorar nuestros procesos con las llamadas iniciativas de mejora continua. Solo podemos hacer estas mejoras continuas basadas en factores observables (también conocidos como datos) y no podemos mejorar nuestros procesos basados en especulaciones. Bueno, no debería decir “no se puede”, pero será más como una casualidad o suerte. Es correcto para decir “¡lo que no se puede medir, no se puede mejorar!”

Un buen ejemplo para elaborar mi punto es el cambio en la planta para producir un producto diferente. A menos que exista un buen proceso para garantizar que todos los puntos de cambio se aborden correctamente y que todas las partes de cambio se instalen y reemplacen correctamente, el tiempo de cambio podría y probablemente conducirá a enormes cantidades de pérdida de productividad. En segundo lugar, si estos procesos se realizan de forma manual y no automatizada, eso también es una pérdida de productividad o, como me gusta decir, un área de mejora continua para aumentar la productividad en función de hechos observables. A veces, tomamos estos cambios manuales como una realidad e incorporamos ese tiempo requerido como parte del tiempo de inactividad “planificado”. Por supuesto, si realiza cambios una vez al año, puede ser rentable mantener el proceso manual incluso en la situación actual. Pero, si su planta tiene múltiples producciones de lotes pequeños por día o por semana, entonces la automatización de los cambios podría aumentar significativamente la productividad. El análisis de costo-beneficio debería ayudar a demostrar si es una mejora continua o no.

Los activos son una parte importante de la ecuación para operaciones sin problemas. Un ejemplo serían los moldes en la planta de troquelado o las herramientas de desbarbado y de corte en las plantas metalúrgicas. Si las plantas no tienen visibilidad o trazabilidad de estos activos importantes para su ubicación, estado o forma, podría generar un tiempo de paro considerable. Los datos de calibración de estas herramientas o el número de piezas producidas con la herramienta también son datos importantes que deben mantenerse para operaciones eficientes. Nuevamente, estos son datos sobre el sistema y la integración de estas iniciativas de trazabilidad en la infraestructura existente.

Las fallas en máquinas o componentes pueden causar un tiempo de inactividad severo y, a menudo, se consideran inevitables. Abordamos estas fallas en un enfoque de dos pasos. Primero, buscamos el problema cuando no es obvio, y dos, encontramos la pieza de repuesto en el almacén para cambiarlo rápidamente. Y, como mejora del proceso, programamos el mantenimiento preventivo para inspeccionar, lubricar y reemplazar piezas en nuestro tiempo de inactividad planificado regularmente.

El mantenimiento preventivo generalmente se programa en función de la tasa teórica de falla. Esta es una buena medida, especialmente para componentes mecánicos, pero el mantenimiento predictivo o basado en la condición generalmente produce mayores rendimientos de productividad y ayuda a mantener las plantas funcionando sin problemas. Nuevamente, el mantenimiento predictivo se basa en datos sobre la condición del sistema o componentes. Entonces, ¿dónde están estos datos y cómo llegamos a ellos?

La estandarización de las interfaces es otro componente importante para impulsar la productividad. En mi próximo blog, compartiré cómo IO-Link como tecnología puede ayudar a abordar todos estos desafíos y aumentar la productividad al siguiente nivel.

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¿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.

Conozca cómo Balluff puede ayudarlo a aumentar la agilidad y flexibilidad de sus procesos visitando su sitio web.

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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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