“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 BUENAÑO LEONARDO ALEJANDRO VILLAGÓMEZ MEJÍA DIRECTOR: ING. ALEJANDRO CHACÓN. CODIRECTOR: ING. ÁNGELO VILLAVICENCIO

Proceso Actual de Conteo

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

Mecanismo Visión Artificial

Resumen 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 Servomotor 42/50 Actuador Lineal Cilindro Neumático 52/60

Diseño del Tornillo de Potencia Factor de seguridad 5 Parámetros de diseño Fuerza Máxima 800 N Largo necesario 1000 mm Diseño por Carga axial Diámetro 6,35 mm Diseño por Flexión 17,02 mm Diseño por Fatiga 17,58 mm Selección según estándares. 19,05 mm Selección de Tornillo disponibles Tipo 2005 - 4 Diámetro nominal 20 mm Largo de recorrido 1288 mm Paso 5 mm Rigidez 245,17 N/m Carga dinámica 11081,51 N Carga estática 23339,83 N Materiales del Tornillo 2005-4 Parte AISI Tratamiento Dureza HRc Husillo 1050 Temple por inducción 58-62 Tuerca 8620 Carburación temple revenido 60-62 Bolas 52100 ** 62-65 HUSILLO Coef. de Fricción 0,03 Par de Torsión T. Carga Axial 1,74 Nm T. Carga Perpend. 0,11 Nm T. Total 1,85 Nm Velocidad de funcionamiento V. Crítica 870,69 min^-1 V. Admisible 110,86 RPM TUERCA Diseño a Corte n 242,626 Diseño a Compresión 200,139 Diseño por Carga Dinámica Carga dinámica 2150,98 N Diseño por duración de vida D. vida en vueltas 2,61x10^8 D. vida en horas 27347,41

Diseño y Selección del Cilindro Neumático Parámetros de diseño Fuerza Máxima 800 N Brazo 40 mm Factor Seguridad 4 Presión trabajo 6 bar Diseño por esfuerzo a flexión Diámetro vástago 15,57 mm Diseño del émbolo Diámetro émbolo 41,2 mm SELECCIÓN CILINDRO NEUMÁTICO Marca: FESTO Código: APA-50-100-A-P-A Presión de trabajo: 1 - 10 bar Carrera: 100 mm Diámetro del vástago: 16 mm Diámetro del émbolo: 50 mm

Diseño del Circuito Neumático Unidad de mantenimiento: P32 Compact Series de ½” CIRCUITO NEUMÁTICO Válv. estrangulación de retención: GRLA-1/8-QS-8-D Válvula de vías: CPE14-M1BH-5J-1/8 Tubo flexible: PUN-8x1,25-BL  Silenciador: U -1/8 Sensores magnéticos de posición: SME-8M-DS-24V-K-2,5 Válvulas de vías: CPE14-M1BH-5J-1/8

Servo - Sistema SERVO-SISTEMA Parámetros de diseño Masa del tornillo: 4,98 Kg T. Carga Axial: 1,85 Nm Eficiencia: 0.7 Diseño Servo-Motor Torque Tornillo 1,854 Nm Torque Real 2,4 Nm Potencia 383,02 W SELECCIÓN SERVO-SISTEMA Servo-Motor: Marca: GSK Código: 80SJT-M024C Torque Nominal: 2,4 Nm Potencia: 514,85 W Velocidad Nominal: 2000 RPM Encoder absoluto: 2500 PPR Servo-Drive: XINJE D098B Presición: 0,001 mm Control velocidad: sí Control giro:

Unidad Lógica Programable (PLC) PLC - XINJE XC324RT CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS PLC PARÁMETROS 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 Carrera Marca: PEPPER+FULCH Código: NBB8-19GM50 Tipo: Inductivo Detección: 8 mm Enrasado: sí Largo: 50 mm Diámetro: 19 mm

Diseño del Sistema de Visión Artificial Para alcanzar los objetivos planteados en este proyecto (inciso 1.4), se usará la metodología científica en el diseño del sistema de visión artificial, basado en el análisis, diseño, implementación (refiérase al capítulo 5) y evaluación (refiérase al capítulo 5).

Selección Dispositivo de Adquisición Cálculo de resolución 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 pixeles Resolución Vertical: 720 pixeles La resolución óptima de la cámara debe ser 3600x720 pixeles.

Selección Dispositivo de Adquisición

Selección Dispositivo de Adquisición Cámara Disponible en ANDEC S.A. Es en todo menos la resolucion. Se advitrio a ANDEC d este problema, pero se continuo usando esta cámara.

Disposición de cámara  

Selección de Iluminación Variabilidad de corte y color del perfil.

Selección de Iluminación Análisis y selección de Iluminación

Selección de técnica de iluminación

Selección 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 Debido a que el proyecto se desarrolla a la intemperie, donde el campo de visión de la cámara se verá afectado por la presencia de operarios, máquinas y objetos de varios colores, se ha optado por usar la configuración Iluminación infrarroja más filtro infrarrojo, por ser una configuración, donde la longitud de onda no es visible al ojo humano (>750 nm), por lo tanto no existen objetos de este “color” que puedan interferir en el campo de visión de la cámara. Se ha seleccionado trabajar con la longitud de onda de 850 nm por ser esta la más cercana al rojo visible (750nm) ya que la siguiente longitud de onda es considerada dentro del espectro electromagnético del infrarrojo, donde sus características y propiedades cambian considerándose como calor (>2000 nm) , comportándose de diferente manera. (Siendo esta la base de las cámaras térmicas).

Iluminación-Filtro Adquiridos . Características Técnicas Se usaron 2 tipos de iluminación, x las compras del departamento de Logística

Disposición de Iluminación Planteada Para emular la técnica de iluminación difusa usando la técnica de iluminación frontal oblicua. Debido a la variabilidad del perfil de corte de las varillas.

Disposición de Iluminación

Comunicación entre dispositivos

HMI

Implementación .

Resultados. Sistema Neumático Velocidad servo motor

Resultados. Separación de varillas

Resultados. Histograma de Iluminación 8am 1pm 8pm 3am

Resultados. Exactitud y Precisión en el conteo Diámetro [mm] 14 8 25 2,93 8,03 0,07 Precisión 1,48 4,90 0,52 Prueba 10 7 Error Promedio [%] 3,67 Precisión Promedio 2,30

Resultados. Proyección con datos obtenidos    

Análisis Económico Financiero Item Unidad Valor Presupuesto [$] 39605,55 Tasa de oportunidad = 13,50 Año Flujo Flujo descontado -40000 1 28256 24895 2 29668 23030 3 34426 23545 4 39684 23913 5 65487 VAN $120 870,64 TIR 75,92% 13.56 es el TMAR variable encargada de ver si es atractivo o no!!!! Es la tasa de riesgo del sector metalúrgico Prima riesgo sector* 6.00% Tasa inflación * 3.03% Mayo del 2013 75,92 % > 13.56 % la implementación del proyecto es atractiva.

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.

Recomendaciones 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.

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