Sensores Inteligentes en la Manufactura

Por Phil Heil DVT Corporation (Duluth, Ga.)
InTech México Automatización
Julio Septiembre 2003


  • Las ventas de sensores inteligentes de imagen para aplicaciones de manufactura, han crecido anualmente entre 20% y 50%.
  • El CCO, Charge-coupled Oevice, es un circuito integrado sensible a la luz que tiene la capacidad de almacenar y presentar imágenes formadas con pixeles.
  • La combinación de la tecnología de sensor Inteligente con las capacidades de los rayos X abre un nuevo mundo para las cámaras inteligentes.
  • A finales de 1998 hizo su aparición en el mercado el primer sensor inteligente para visión equipado para Ethernet.

La visión aplicada a las maquinas constituye una alternativa electrónica que sustituye a la inspección humana o manual, y ayuda a las empresas a que, por medio de la identificación y eliminación de productos defectuosos, incrementen su productividad y utilidades. La tecnología de visión en las maquinas ha crecido rápidamente en aplicaciones fabriles. Esta tecnología comprende una cámara que toma una imagen digital de un objeto especifico y que puede leerse por medio de una computadora.

Esencialmente, reemplaza al ojo humano con una exactitud del 100% y durante el00% del tiempo. La “Cámara inteligente” o el “Sensor inteligente” son términos que se refieren a la tecnología de visión más reciente en las maquinas.

La cámara inteligente, cuya aparición ocurrió a principios de la década de 1990, es mucho más que solamente una cámara. Ciertamente, es una cámara digital suficientemente pequeña para alojarse en la palma de su mano, pero se encuentra provista con un enorme poder tecnológico en la forma de un procesador rnter construido y un CCD (Charge-coupled Device). Un dispositivo CCD es un circuito integrado sensible a la luz que tiene la capacidad de almacenar y presentar imágenes.

La imagen, separada en pixel es, que es la unidad más pequeña en que se miden las imágenes en una pantalla de computadora, produce en el CCD una carga eléctrica cuya intensidad es proporcional al color del objeto enfocado. Este dispositivo se inventó en 1969 en los laboratorios Bell, ahora como parte de Lucent Technologies. La línea más fina de cámaras inteligentes puede medir con plena confiabilidad hasta un décimo de pixel, y aún menos, con diversos niveles de confiabilidad.

Las camas ras inteligentes pueden efectuar mediciones precisas, seleccionar en base a minúsculas variaciones en color, clasificación base en forma del objeto, y llevar a cabo el Reconocimiento Óptico de Caracteres (OCR, por sus siglas en inglés), reconocimiento de código de barras y una variedad de otras diferentes tareas todas ellas a velocidades que son superiores a las tasas de inspección de la mayoría de las líneas de ensamble.

Desde que fueron inventados a principios de la década de 1990, Ias ventas de sensores inteligentes de imagen para aplicaciones de manufactura, han crecido entre 20% y 50% anualmente. El éxito de esta tecnología se atribuye a su versatilidad y facilidad de uso. Los sensores se utilizan en toda la extensión de la manufactura, con el fin de proporcionar retroalimentación para control de proceso y vigilancia (monitoreo).

Con frecuencia los sensores envian su información a controladores lógicos programables (PLC) por medio de conexiones de cableado para control digital. En el caso más sencillo, el sensor suministra una indicación “sí” o no Por ejemplo, un sensor de proximidad detecta si un componente se encuentra presente o no. Los sensores más avanzados pueden suministrar un resultado variable.

Un sensor de llenado, por ejemplo, puede indicar la altura del fluido (nivel) en el tanque, en términos de longitud (pies, metros). Otro ejemplo de sensor común, lo constituye el lector de código de barras, que puede leer un código y despacharlo vía conexión serial a un controlador. Un sensor inteligente es semejante a los sensores estándar en el aspecto de que mide visualmente una cantidad o lee información relativa a una parte.

La diferencia radica en que el sensor inteligente puede configurarse para desempeñar una variedad de tareas, y simultáneamente, comunicar esa información prácticamente en cualquier formato (Figura 1).

  Figura 1. Sensores tradicionales en comparación con sensor inteligentes

Los sensores inteligentes se utilizan en una diversidad de campos, los cuales comprenden automotriz, farmacéutico, plásticos, electrónica, y alimentos y bebidas.

Las cámaras inteligentes se distinguen en la elección de defectos, mediciones de precisión, tomar y colocar, y otras aplicaciones de que incluyen autómatas OCR, recopilación de datos y matrices de datos bidimensionales.

Algunas camaras inteligentes (por ejemplo, las que suministran DVT) se utilizan en la actualidad por vez primera en unidades para rayos que se caracterizan por permitir pruebas destructivas a un costo razonable, en aplicaciones de naturaleza no transparente.

La combinación de la tecnología de sensor, con las capacidades de los rayos abre un nuevo mundo para las cámaras inteligentes, toda vez que pueden desempeñar todas sus funciones en artículos que se encuentran ocultos a la vista convencional.

El sistema de rayos X InnerVision de KMVTechnologies puede utilizarse prácticamente para cualquier aplicación no transparente, tales como la verificación de:

  • Integridad de conectores para cable.
  • Niveles de llenado en recipientes o contenedores no transparentes.
  • Llenado adecuado en moldeo de partes plásticas por inyección.
  • Alineamiento de las espigas (pins) en los conectores eléctricos.

En una aplicación típica pudiera ser necesario leer el código de barras en una parte, llevar a cabo una medición y enviar la información a la red de la fábrica. Si no cumple con la especificación, el controlador lógico programable (PLC) separa la parte para volverla a trabajar, y el controlador de la celda de trabajo da seguimiento a la parte con base en el código de barras. Esta aplicación pudiera realizarse utilizando detectores por contacto, un lector de código de barras y una computadora personal (PC), pero el sensor inteligente integraría la aplicación a menor costo y proporcionarla mayor variedad de opciones para manufactura flexible.

Figura 2. Flujo de información en el sensor tradicional

En el mercado se encuentran actualmente dos cases de principales de sensores inteligenete. Estas son los sensores con visión y los sensores fotoeléctricos, y dosos ellos pueden programarse utilizando un solo botón o un controlador para juego de video, y existen también sensores inteligentes que se programan a través de la conexión a una computadora personal (PC). La primera clase es fácil de programar, pero no tiene el grado de flexibilidad deseable y solamente cuenta con opciones para comunicación limitadas. Estos sensores encuentran su mejor aplicación para resolver los problemas más simples, cuando ya existe una gran cantidad de equipos de automatización presentes para el manejo de las comunicaciones (Figura 2).

          Figura 3. Flujo de información en los sensores inteligentes

Cuando el usuario utiliza una computadora personal y toma ventaja de la conocida interfaz de Microsoft Windows, la programación de la clase más avanzada de sensores se simplifica, de tal manera que se puede configurar con mucha flexibilidad un poderoso sistema de comunicaciones. Cuando se estandariza en una plataforma de sensores comunes, es posible aprender un solo paquete de software y pueden resolverse rápidamente muchas aplicaciones con una interfaz común (Figura 3).

Los sensores inteligentes para imagen se encuentran comúnmente en la industria automotriz, industria que tiene una urgencia por la cualidad, bajos costos y facilidad para utilización.

Con la expansión de aptitudes en los modelos recientes, las industrias del envasado y empaquetado, así como también a industria farmacéutica hacen uso de esta tecnologia.

Aún cuando las aplicaciones varían ampliamente, algunos de los problemas más comunes que se resuelven comprenden la verificación de la existencia de una parte, o la ausencia de un defecto. Cuando se desarrollaron inicialmente, los sensores inteligentes se diseñaron para reemplazar conjuntos de celdas fotoeléctricas que se utilizaban para verificar que una parte había sido correctamente ensamblada.

Las celdas fotoeléctricas hacían un gran trabajo, hasta que se llegaba el momento de cambiar la linea para una nueva parte. Un sensor inteligente puede contener cientos de archivos de configuración, para determinar qué inspección debe realizarse.

A medida que se le adicionaron herramientas al sensor inteligente original, fue posible llevar a cabo tareas tales como la verificación dimensional y la comprobación de tolerancias, con una plataforma de bajo costo. Lo que anteriormente se llevaba a cabo por sistemas de visión del tipo de captación analógica de imagen o por seres humanos, puede hacerse por medio de sensores inteligentes.

Se ha comprobado que con un equipo, a un costo inferior a los $10,000 dólares, la adquisición directa de imagen proporciona un nivel de estabilidad o consistencia nunca antes vista. Esta circunstancia condujo a progresos adicionales para manejar lectura del código de barras y el reconocimiento óptico del carácter en un solo paquete.

Las aplicaciones que normalmente se realizara con cuatro , o cinco dispositivos diferentes, pueden resolverse con uno solo. Durante la década de 1990, el mercado de Ethernet habla superado sus humildes inicios de medio de conexión en escuelas y oficinas. Comenzaron a aparecer dispositivos industriales que se comunicaban a través de esta interfaz ya omnipresente. A finales de 1998, el primer sensor inteligente para visión equipado para Ethernet hizo su aparición en el mercado.

El sensor inteligente había superado su función de toma simple de decisiones ‘ si’ o no para convertirse en un proveedor de información para la fábrica completa. La venta de esta clase de sensores inteligentes ha crecido de 20 unidades por mes, a varios cientos en un periodo de cinco años.

En los años venideros, los estándares en las plantas crecerán conjuntamente, y Ethemet muy bien podrá ser la interfaz del hardware que aglutine todo el equipo. Los sensores inteligentes crecerán con los estándares y la comunicación de soporte desde el más económico controlador lógico programable (PLC) hasta el más exótico y costoso paquete de software para la plantación de los recursos empresariales (ERP por sus siglas en inglés). Se agregarán software y hardware, de manera que estos sensores serán capaces de manejar todo, excepto las tareas de Inspección más complicadas.

Simultáneamente, la declinación en los costos de la electrónica y la disponibilidad de capacitación gratuita permitirán que más y más del mercado de sensores ‘tontos’ sea atrapado por los económicos sensores inteligentes.


Partes de este artículo registradas con derechos de autor (Copyright) en 2003 por la Sociedad de Ingenieros en Manufactura (SME, por sus siglas en inglés).


 

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