CAPÍTULO IV - virtual.urbe.eduvirtual.urbe.edu/tesispub/0092402/cap04.pdf · coordenadas, ya sea absolutas o incrementales, en coordenadas cartesianas. Posee además una serie de

CAPÍTULO IV

RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN

90

CAPÍTULO IV

RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN

Este capítulo se fundamenta en determinar los resultados obtenidos en la

investigación, a través del análisis de los datos que se compone del

desarrollo de los objetivos específicos, basados en cada fase de la

investigación.

1. ANÁLISIS DE LOS DATOS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

1.1. ANÁLISIS SEGÚN CADA FASE

En esta parte de la investigación se muestran las distintas fases, su

desarrollo, las actividades y recursos utilizados para el logro de cada objetivo

correspondiente a cada una de ellas.

FASE I: ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL

Para alcanzar el primer objetivo orientado a analizar el funcionamiento

de los sistemas CNC, conjuntamente con la primera fase de la metodología

titulada Análisis de la situación actual, en primer lugar se lleva a cabo una

revisión bibliográfica selectiva y documental, para el desarrollo de

conocimientosútiles en esta investigación. De aquí, se extrajo información

91

plasmada en las bases teóricas y además se conoció lo que era en sí el

sistema de control numérico por computador (CNC).

Para dicho concepto se resalta lo expuesto por Freile (2009, p.4): “Control de

una máquina herramienta a través de un código numérico, el cuál puede ser

efectuado por un controlador específico o un computador utilizando un

software para control numérico”.

Esta revisión bibliográfica dio a conocer que en la industria existe una

cierta cantidad de máquinas CNC, las cuales poseen manuales técnicos, que

al analizarlos han sido de gran valor para la investigación.Dentro de los

manuales implementados para el análisis del funcionamiento de los sistemas

CNC se encuentra elTORNO 5300, y la FRESADORA 5400; ambos

procedentes de la compañía Lab-Volt.

El TORNO CNC, modelo 5300 permite adquirir las competencias

necesarias en el diseño asistido por computadora (CAD) y la fabricación

asistida por computadora (CAM) mediante el uso de un Torno CNC

controlado por microprocesador. Con este sistema, los estudiantes se

pueden capacitar de manera práctica para programar y editar los códigos de

control numérico con una computadora (CNC), aprender a operar los

componentes, controles y herramientas del torno, ajustar una referencia cero

programada, seguir los pasos necesarios para maquinar una pieza específica

y aplicar el lenguaje de código de máquina en las técnicas actuales de

torneado.

92

En el manual del TORNO 5300especifica que la maquina CNCutiliza dos

tornillos de bola, cada uno arrastrado por un motor paso a paso, para mover

el carro transversal que desplaza la herramienta de corte a lo largo del eje Z

(derecha e izquierda) y del eje X (adelante y atrás) con una precisión de

posicionamiento máxima. El torno CNC puede maquinar materiales blandos,

como plástico y cera, y materiales duros,como aluminio, acero dulce y

bronce. Es posible maquinar piezas con una gran variedad de salientes,

agujeros y ranuras cilíndricas.Una computadora externa se utiliza para crear

programas de pieza CN con los códigos de máquina G y M, o sus códigos de

conversión equivalentes. Los programas creados se descargan en el

microprocesador integrado del Torno CNC, que los almacena y ejecuta.

Se pudo precisar, que el torno se conecta directamente al puerto serie o

Ethernet de la computadora, o directamente a una red, no se necesita

ninguna tarjeta de interfaz adicional. Cuenta con la función de

diseñoCAD/CAM y la emulación de la trayectoria de la herramienta de corte,

de manera que los estudiantes pueden hacer el dibujo de la pieza, fijar las

trayectorias y las etapas de corte de la herramienta. También es posible

crear un programa para simular el movimiento de la misma en la pantalla y

así verificar el código CN y la pieza terminada antes de pasar al verdadero

torneado. El Torno CNC cuenta con un panel de control que permite operarlo

manualmente y se puede comunicar, mediante conexiones de baja tensión,

con unidades robotizadas.

93

Por otra parte, diversos tipos y modelos, se puede encontrar que en términos

generales el torno posee una estructura característica particular que lo

diferencia de otros tipos de máquina tanto en lo físico (hardware), como en lo

virtual (software) por lo cual se determinan las características a continuación.

A nivel de hardwareel TORNO 5300posee un cabezal rotatorio y no

traslacional según las especificaciones técnicas, que sostiene la pieza con la

cual se está trabajando, y es la encargada de que esta gire para su

mecanizado; además, debe tener los mecanismos de sujeción apropiados

para que el material no se mueva desu sitio ni se salga del torno. Poseen un

soporte para la herramienta de mecanizado, la cual se desplaza en dos ejes

cartesianos “X” y “Y”. Los tornos CNC suelen tener una pantalla protectora,

que previene que la viruta que se produce como desecho del proceso salga

al exterior, y pueda causar diversos daños. La herramienta de corte es

intercambiable, permitiendo utilizar cuchillas de diferente forma para lograr

aumentar la precisión en el resultado final, además estas deben ser muy

afiladas y poder soportar el desgaste.

A nivel de software la programación se realiza mediante un juego de

instrucciones expresados en el llamado “código G & M” que consisten en

determinar el movimiento de la herramienta de corte a través de

coordenadas, ya sea absolutas o incrementales, en coordenadas

cartesianas. Posee además una serie de botones de control para conectarse

con la máquina CNC para permitir la descarga del archivo con el código para

el mecanizado.

94

En cuanto a la fresadora, se dispone del sistema de FRESADORA

CNCmodelo 5400, la cual proporciona formación en fabricación asistida por

ordenador (CAM) basado en microprocesadores.El referido sistema permite a

los estudiantes la práctica de control numérico por computador (CNC) el

código de programación y edición, aprender a controlar los componentes de

planta, controles y herramientas, establecer una referencia programado cero,

siga las medidas necesarias para mecanizar una pieza a las especificaciones

del programa.

El modelo 5400 de CNC puede mecanizar piezas de materiales blandos,

como la cera y acrílico, así como los materiales más duros, como el aluminio

y latón. Se compone de una mesa de fresado, un cabezal que lleva el motor

de giro, y una columna vertical. Dos tornillos de plomo, cada una accionada

por un motor paso a paso, se utilizan para mover la tabla a lo largo del eje X

(izquierda y derecha) y el eje Y (hacia atrás y hacia delante). Un tornillo en

tercer lugar, también impulsado por un motor paso a paso, se utiliza para

mover la pala a lo largo del eje Z (arriba y abajo) para el posicionamiento de

la fresa. Los programas creados se descargan en el microprocesador a bordo

de la fábrica de CNC, que almacena y ejecuta.Las puertas de seguridad

brindan una protección adecuada durante el maquinado.

La FRESADORA CNC5400 se puede comunicar, mediante conexiones de

bajo voltaje, con unidades robotizadas para que los estudiantes puedan crear

celdas de trabajo automatizadas, que son ideales para la implantación de

sistemas de fabricación integrada por computadora (FIC). Para esto, la

95

Fresadora CNC cuenta con un puerto E/S TTL de quince pines para cuatro

entradas y salidas digitales de cinco voltios. Estas entradas y salidas se

utilizan para comunicar la fresadora con una celda de automatización.

Para conocer más a fondo sobre las máquinas CNC se llevaron a cabo

visitas aleatorias al laboratorio de mecanizado de una universidad privada de

la región, donde en primer lugar se aplicó la observación directa a las

máquinas e instrumentos que estaban relacionados con la investigación,

recopilando todo lo observado en el cuaderno de notas.

Con la finalidad de desarrollar un sistema CNC para el posicionamiento de

resistencias eléctricas en placas electrónicas, que permita mejorar la forma

de elaboración de dichas placas y reducir los costos al momento de

producirlas, se estudiaron la FRESADORA CNC5400 y el TORNO CNC 5300

del laboratorio de mecanizado mencionado anteriormente, para tener un

modelo o guía a seguir y de esta manera cumplir con el desarrollo del

prototipo de la presente investigación.

La organización de la información se llevó a cabo con la técnica de la

observación directa mediante la cual se realizó la construcción y el desarrollo

de unos cuadros en los cuales, el funcionamiento de las máquinas CNC se

dividirá en etapas donde destacan subprocesos en los que se pueden

identificar los problemas o deficiencias principales, presentes en el complejo

sistema.

96

Para alcanzar este propósito, se procedió a elaborar una lista de verificación.

De esta manera se procede a dar una breve explicación de los resultados

obtenidos reflejados a continuación.

Con respecto a la primera etapa del proceso denominada Pre arranque del

Sistema(Ver anexo C), se establece que.

1. Mecanismo de sujeción de la pieza: De forma manual, y con la ayuda

de un kit de herramientas, el operador asegura el bloque de material a

mecanizar con un tornillo con mordazas para inmovilizarlo en la mesa de

fresado, en el caso del modelo FRESADORA CNC 5400. En el caso del

TORNO CNC 5300 y también de forma manualel material a trabajar se fija en

el plato de tres mordazas, que centra la pieza y la mantiene en su posición.

2. Herramienta de trabajo intercambiable: Según las condiciones y

necesidades del software el operador puede cambiar la herramienta de

trabajo, por una más adecuada, en el caso del TORNO CNC 5300 se posee

una herramienta de corte con inserto de carburo y un juego de seis

herramientas de corte (tipos AR4, AL4, BR4, BL4, C4 y E4), diferentes

cilindros de cera Delrin® maquinables, por otro lado, la FRESADORA CNC

5400 está equipada por un conjunto de herramientas R8 que se colocan

sobre un bastidor sólido de acero para ampliar y mejorar las capacidades del

sistema.

3. Método de arranque: En los dos modelos de máquinas CNC, los

programas a ejecutar son creados en una computadora externa y luego se

descargan al microprocesador integrado, el cual los almacena y también los

97

ejecuta al presionar un botón de arranque que se encuentra en el tablero de

control.

4. Comunicación entre PC y máquina CNC: El TORNO CNC 5300y la

FRESADORA CNC 5400 se conectan a un computador por medio de

conexión serial. También se pueden conectar a un computador a través de

conexión Ethernet.

5. Motores paso a paso: Para el modelo de FRESADORA CNC 5400, se

cuenta con tres motores paso a paso para mover los soportes

correspondientes de sus ejes (X, Y y Z). En el caso del TORNO CNC 5300,

solo se cuenta con dos motores paso a paso para realizar el mecanizado

debido a que únicamente se desplaza en los ejes (X y Y).

6. Tornillo sin fin: Los tornillos sin fin se emplean para el desplazamiento

de los soportes de cada uno de los ejes presentes en las máquinas CNC, con

la finalidad de que la pieza a mecanizar se acerque o aleje de la herramienta

de corte. Existe un tornillo sin fin por cada motor paso a paso presente en el

hardware.

7. Interfaz Hombre-Máquina: Los dos modelos de máquinas CNC, cuentan

con un panel de control con múltiples funciones, en el cual por medio de un

visualizador LCD de líneas múltiples se pueden observar de forma

automática las coordenadas de los diferentes ejes, la velocidad de los

motores paso a paso, y la velocidad que posee la herramienta de corte, los

códigos G y M en uso así como el estado de los puertos E/S TTL. El panel de

control también presenta un teclado de membrana de doce (12) teclas

98

mediante el cual se pueden controlar de forma manual velocidades de los

dispositivos en el proceso, las unidades a utilizar (pulgadas o milímetros), las

E/S TTL y las salidas de solenoides. Por ultimo, en dicho panel se cuenta con

una luz indicadora de encendido.

8. Sistema de calibración: El sistema de calibración implementado en la

FRESADORA CNC 5400 y en el TORNO CNC 5300, se realiza con la ayuda

del menú de opciones inmerso en el panel de control. El operador ingresa los

valores para los ejes cartesianos, en los cuales se desea posicionar a

lamáquina para que inicie el proceso de mecanizado. En la mayoría de los

casos estos valores se toman como cero (0).

Con respecto a la segunda etapa del proceso denominada Procesamiento y

Seguridad (Ver anexo D), se obtuvo que:

1. Pantalla Protectora: La visualización del mecanizado se realiza por medio

de una pantalla protectora que poseen estas dos máquinas CNC, esta

pantalla cuenta con un par de sensores magnéticos que al activarse sirven

de paro forzado al momento de la ejecución, deteniendo el movimiento de los

ejes y el de la herramienta de trabajo. El rígido componente con que está

fabricada la pantalla protectora sirve para evitar que los desperdicios de

material que son desprendidos a grandes velocidades, no logren afectar la

integridad del operador.

2. Remoción de la pieza mecanizada: Para la FRESADORA CNC 5400 y

el TORNO CNC 5300, al momento de finalizar el proceso de mecanizado, el

operador con ayuda de un kit de herramientas básico y de forma manual,

99

debe remover la pieza mecanizada sujeta al plato de tres mordazas en el

caso del torno, y al tornillo con mordazas en el caso de la fresadora.

3. Apagado:En las dos máquinas CNC existe un botón de apagado que el

operador de forma manual puede pulsar para detener el sistema.

4. Paro de emergencia: En caso de algún evento imprevisto el operador

cuenta con un botón de paro de emergencia de activación manual el cual

requiere de una llave para su desbloqueo, con este dispositivo el operador

puede solucionar el problema que se haya presentado y reiniciar el proceso

en el punto donde este se había detenido.

5. Alarma de emergencia: La FRESADORA CNC 5400 al igual que el

TORNO CNC 5300, no poseen una alarma de emergencia dentro de su

arquitectura en el caso de que haya sucedido un desperfecto en el proceso o

alguna falla.

Posteriormente, se realizó la técnica de entrevista, dirigida a profesores y

operadores de la universidad con conocimientos de la máquina

FRESADORA CNC 5400 y el TORNO CNC 5300 por medio del instrumento

denominado cuestionario ( ver anexo E). El cuestionario consta de diez (10)

preguntas orientadas al conocimiento de las máquinas que actualmente se

encuentran en la estructura, para comprender la situación presente.

Tabla 1

100

Posibilidad de programación en línea

Opciones Frecuencia porcentual Frecuencia absoluta

Si 40 2 No 60 3

Total 100 5 Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012)

Gráfico 1. Posibilidad de programación en línea

Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012)

En la primera pregunta se tuvo como finalidad, verificar si actualmente las

máquinas disponibles en los laboratorios cuentan con la posibilidad de

programarlas en línea, resaltando con un 60% de respuestas afirmativas, que

señalan que los equipos disponibles no cuentan con esa capacidad,

constituyendo una carencia en la situación actual.

Tabla 2

Existencia protección contra sobrecargas


Si 40 2 No 60 3


40%

60%

1-PERMITE PROGRAMACION EN LINEA

SI

NO

101

Gráfico 2. Existencia protección contra sobrecargas

Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012) Este ítem se refiere a la existencia o no, de una protección en la alimentación

del equipo para proteger la máquina en caso de sobrecargas y prevenir un

daño eléctrico. Los resultados indican que un 60% de los entrevistados

afirman conocer la ausencia de una protección de este tipo en la fresadora y

el torno, esto pone en evidencia una leve falta de conocimiento por parte de

los entrevistados, debido a que en las especificaciones de los equipos, se

puede encontrar que estos si poseen dichas protecciones.

Tabla 3

Frecuencia de mantenimiento Opciones Frecuencia porcentual Frecuencia absoluta

Cada mecanizado 0 0 1 Vez al día 0 0 1 Vez al mes 0 0

1 Vez al trimestre 40 2 1 Vez al año 20 1

Más de un año 0 0 Cuando falla 20 1

No sabe 20 1 Total 100 5


40%

60%

2- EXISTE PROTECCIÓN CONTRA SOBRECARGAS

SI

NO

102

Gráfico 3. Frecuencia de mantenimiento


Esta pregunta se realizó para indagar la frecuencia con la que las

máquinas del laboratorio de mecanizado se les realiza un mantenimiento, y

se observo discrepancia entre las respuestas, de modo que no fue posible

determinar una frecuencia de mantenimiento en base a las entrevistas, sin

embargo, en base a la revisión teórica, se encontró que estas maquinas

deben realizárseles un mantenimiento cada trimestre.

Tabla 4

Mantenimiento preventivo

Opciones Frecuencia porcentual

Frecuencia absoluta

Cambio de componentes 0 0 Reparaciones generales 0 0

Reparación de componentes 0 0 Lubricación 16,66666667 1

Limpieza periódica 66,66666667 4 No sabe 16,66666667 1

Total 100 6 Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa(2012)

40%

20%

0%

20%

20%

3- FRECUENCIA DE MANTENIMIENTO

CADA MECANIZADO

1 VEZ AL DIA

1 VEZ AL MES

1 VEZ AL TRIMESTRE

1 VEZ AL AÑO

MAS DE 1 AÑO

103

Gráfico 4. Mantenimiento preventivo Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012)

Después de verificar la frecuencia con la que se les realiza el mantenimiento

a las máquinas, se indago sobre cómo se realizaba el mantenimiento de tipo

preventivo para evitar que las maquinas sufran daños por su uso, a lo que la

totalidad de las respuestas de los entrevistados señalo que solo se realiza

limpieza periódica de los componentes, demostrando que los componentes

solo son cambiados o reparados al momento de su falla, lo que podría causar

problemas si esto ocurre mientras las máquinas están en uso.

Tabla 5

Mantenimiento correctivo


Reparación de componente 16,66666667 1 Cambio de componente 66,66666667 4

No sabe 16,66666667 1 Total 100 6


0%

17%

66%

17%

4- MANTENIMIENTO PREVENTIVO

CAMBIO DE COMPONENTES

REPARACIONES GENERALES

REPARACION DE COMPONENTES

LUBRICACION

104

Gráfico 5. Mantenimiento correctivo


Respecto al mantenimiento que se realiza para corregir errores cuando ya se

han presentado las fallas, denominado mantenimiento correctivo, el 66% de

las respuestas reflejan que se realiza a través del cambio de piezas dañada

por otras nuevas, en lugar de repararlas, esto se debe principalmente a la

dificultad que hay para reparar los componentes electrónicos, y cuando se

realizan dichas reparaciones, la duración de la misma es relativamente poco.

Tabla 6

Dependencia del proceso del uso de un computador


Si 80 4 No 20 1


17%

66%

17%

5- MANTENIMIENTO CORRECTIVO

REPARACION DE COMPONENTE

CAMBIO DE COMPONENTE

NO SABE

80%

20%

6- COMPUTADOR NECESARIO

SI

NO

105

Gráfico 6. Dependencia del proceso del uso de un computador


Esta pregunta se realizó con el fin de conocer si es realmente necesario que

un computador controle la fresadora y el torno, o si en cambio estos pueden

funcionar de forma independiente, a la cual el 80% de las respuestas

afirmaron que la máquina necesita de un ordenador para poder realizar el

trabajo, demostrando la dependencia que las maquinas CNC son

dependientes del mismo, lo cual puede causar problemas si durante un

proceso el computador llegase a fallar.

Tabla 7

Tipo de conexión entre el computador y fresadora/torno


Conexión serial 100 5 Conexión Ethernet 0 0


100%

0%

7- CONEXIÓN ENTRE COMPUTADOR Y FRESADORA/TORNO

CONEXIÓN SERIAL

CONEXIÓN ETHERNET

106

Gráfico 7. Tipo de conexión entre el computador y fresadora/torno


Siendo que estas máquinas trabajan conectadas a un computador, fue

necesario indagar sobre el tipo de conexión que permite la comunicación

entre los dos equipos para la transferencia de la información del programa.

Se determinó que esta comunicación se realiza mediante una conexión serial

obteniendo esta opción la totalidad de las respuestas.

Tabla 8

Acoplamiento de dispositivos para crear celdas de trabajo


Si 100 5

No 0 0


100%

0%

8- ACOPLAR DISPOSITIVOS PARA CREAR CELDAS DE TRABAJO

SI

NO

107

Gráfico 8. Acoplamiento de dispositivos para crear celdas de trabajo Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012)

Este ítem se realizó para determinar si las máquinas cuentan con la

posibilidad de crear celdas de trabajo automatizadas a través del

acoplamiento de dispositivos, y así mejorar la productividad, a la cual el

100% de los entrevistados respondieron la pregunta afirmando la posibilidad

de realizar las mencionadas celdas de trabajo.

Tabla 9 Materiales que pueden ser mecanizados

Opciones Frecuencia porcentual Frecuencia absoluta Metal 12,5 1

Plástico 62,5 5 Madera 25 2

Total 100 8


12%

63%

25%

9- MATERIALES QUE PUEDEN SER MECANIZADOS

METAL

PLASTICO

MADERA

108

Gráfico 9. Materiales que pueden ser mecanizados Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012)

Para esta pregunta se tomó en cuenta la posibilidad de que la máquina es

capaz de trabajar con distintos materiales, pero se procedió a indagar cuál es

el material preferido en base al mayor número de respuestas obtenidas

favoreciendo esa opción, la cual para efectos de la entrevista, resulto ser el

plástico, con un 63% de respuestas obtenidas, sin embargo después de una

revisión teórica se pudo conocer que la maquina no está diseñada para el

trabajo sobre madera, demostrando poca confiabilidad sobre los

conocimientos de algunos de los entrevistados.

Tabla 10


Apertura de la morsa


98mm x 79mm 40 2 118mm x 99mm 0 0 138mm x119mm 0 0

No sabe 60 3 Total 100 5

40%

0%

60%

10- APERTURA DE LA MORSA

98mm X 79mm

118mm X 99mm

138mm X 119mm

NO SABE

109

Gráfico 10. Apertura de la morsa


Las máquinas poseen una morsa para sujetar las piezas sobre las que

van a realizar el trabajo; la apertura máxima de la morsa determina cuá les

son las dimensiones máximas que puede tener dicha pieza, por lo que es un

factor determinante para conocer las capacidades de la máquina. Las

respuestas obtenidas señalan que el 60% de los entrevistados realmente no

saben cuál es su rango máximo de apertura, demostrando que los

entrevistados no están conscientes de los límites que esta máquina tiene

para trabajar los materiales. Revisando los manuales, se encontró que las

maquinas tienen un rango de apertura de 98mm X 79mm.

FASE II: DEFINICIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES

Una vez analizado el sistema de control existente en las máquinas CNC, y

aplicando la entrevista en conjunto con la observación directa de los

procesos, se procede iniciar la siguiente fase de la investigación. Por lo cual

se realizó la técnica de entrevista, dirigida a profesores y operadores de la

universidad con conocimientos de la máquina FRESADORA CNC 5400 y el

TORNO CNC 5300 por medio del instrumento denominado cuestionario (ver

anexo E). La entrevista consta de siete (7)preguntas para la determinación

de los requerimientos técnicos del diseño propuesto se obtuvieron los

siguientes resultados:

110

Tabla 11

Posicionador de resistencias eléctricas


Si 100 5

No 0 0

Total 100 5


Gráfico 11. Posicionador de resistencias eléctricas Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012)

Esteítem se realizó con el fin de conocer si la realización del posicionador

de resistencias que busca diseñar el presente trabajo especial de grado es

realmente necesaria y permite la solución de requerimientos relacionados,

obteniendo un 100% de apoyo a la idea por parte de los entrevistados, y

afirmando la necesidad de un proyecto enfocado a la solución de este

problema.

Tabla 12

100%

0%

11- ES NECESARIO EL POSICIONADOR DE RESISTENCIAS ELECTRICAS

SI

NO

111

Implementación del posicionador en una universidad


Si 100 5 No 0 0


Gráfico 12. Implementación del posicionador en una universidad


El presente trabajo está enfocado a realizar un posicionador de resistencias

para producciones pequeñas, por lo tanto se dirige principalmente a la

realización de circuitos a nivel universitario, este ítem tiene como finalidad

verificar si la implementación de una máquina para la colocación de

resistencias eléctricas en una baquelita, resulta adecuado para los

laboratorios de una universidad. La totalidad de las respuestas afirmativas de

los entrevistados señala que es importante para la universidad la realización

del mencionado proyecto.

Tabla 13

Sistema de coordenadas más adecuado


100%

0%

12- ES ADECUADO IMPLEMENTAR EL POSICIONADOR EN UNA UNIVERSIDAD

SI

NO

112

Cilíndricas 25 2 Cartesianas 50 4

Esféricas 25 2 Total 100 8


Gráfico 13. Sistema de coordenadas más adecuado


El posicionador de resistencias debe desplazarse con las mismas en un

espacio tridimensional, por lo que el programa debe manejar las distancias

en las que se mueve por el espacio con un sistema de medición espacial, por

lo cual este ítem indaga sobre el sistema de coordenadas más adecuado

para la utilización del sistema, en el que se determinó que el mejor de todos,

es el sistema de coordenadas cartesianas (X,Y,Z) con un 50% de las

respuestas, el cual por las características del diseño, resulta el más

adecuado por el sistema de rieles que utiliza.

Tabla 14

Necesidad de que el software cuente con CAD

25%

50%

25%

13- SISTEMA DE COORDENADAS MAS ADECUADO

CILINDRICAS

CARTESIANAS

ESFERICAS

113


Si 100 5 No 0 0


Gráfico 14.Necesidad de que el software cuente con CAD Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012)

La pregunta 14 tiene como objetivo verificar la necesidad de que el

software del posicionador de resistencias cuente con la herramienta de

diseño asistido por computadora; la totalidad de los entrevistados consideran

necesario la inclusión de esta utilidad en el software de la maquina CNC,

señalando que es un requerimiento importante para su eficiente desempeño

ya que facilitaría a los usuarios el manejo del mismo.

Tabla 15

Lenguaje de programación más adecuado

Opciones Frecuencia porcentual

Frecuencia absoluta

Diagrama de contactos 11,11111111 1 Lista de instrucciones 11,11111111 1

100%

0%

14- NECESIDAD DE QUE EL SOFTWARE CUENTE CON CAD

SI

NO

114

Diagrama de bloques funcionales 11,11111111 1

Lenguaje de texto estructurado 55,55555556 5 Grafico funcional secuencial 11,11111111 1


Gráfico 15. Lenguaje de programación más adecuado

Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012) La forma de programar los controladores que poseen los equipos es

variada, y dependen de las características del mismo; los diferentes

lenguajes de programación tienen cada uno sus ventajas y desventajas. Se

le pregunto a los entrevistados sobre el lenguaje de programación más

adecuado, y el 56% de las respuestas totales, indican que el lenguaje de

texto estructurado es la mejor opción para la programación de la máquina

CNC, lo cual es muy beneficioso, debido a que coincide con el alcance del

proyecto el cual contempla la utilización de un microcontrolador, el cual usa

este tipo de lenguaje.

11%11%

11%

56%

11%

15- LENGUAJE DE PROGRAMACION MAS ADECUADO

DIAGRAMA DE CONTACTOS

LISTA DE INSTRUCCIONES

DIAGRAMA DE BLOQUES FUNCIONALES

LENGUAJE DE TEXTO ESTRUCTURADO

GRAFICO FUNCIONAL SECUENCIAL

115

Tabla 16

Dispositivo de control más adecuado


PLC compacto 14,28571429 1 PLC Modular 14,28571429 1

Nano PLC 0 0 Microcontrolador 57,14285714 4 Dispositivo PLD 14,28571429 1


Gráfico 16. Dispositivo de control más adecuado


Sabiendo que existen diversos tipos de controladores, este ítem indaga

sobre cuál es el tipo de dispositivo que resulta más adecuado para el control

de una máquina CNC que posicione resistencias, debido a que cada tipo

tiene diferentes ventajas y desventajas, y son adecuados para diferentes

15%14%

0%57%

14%

16- DISPOSITIVO DE CONTROL MAS ADECUADO

PLC COMPACTO

PLC MODULAR

NANO PLC

MICROCONTROLADOR

DISPOSITIVO PLD

116

tareas, a lo que los entrevistados respondieron que el más adecuado es el

microcontrolador, con el 57% de las respuestas afirmativas, dando respaldo a

lo planteado por el proyecto para su realización.

Tabla 17

Control local – remoto


Local 57,14285714 4 Remoto 42,85714286 3


Gráfico 17. Control local – remoto Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012)

Dependiendo del proceso, el controlador del equipo puede tener una

ubicación local (en el mismo lugar donde está la máquina) o remota (en un

lugar diferente), para el posicionador de resistencias se les pregunto a los

entrevistados cual consideran que sería la ubicación más conveniente, las

respuestas en cuanto a cantidad de respuestas no tienen una diferencia lo

suficientemente marcada como para determinar cuál es el método más

57%

43%

17- CONTROL LOCAL - REMOTO

LOCAL

REMOTO

117

eficiente, sin embargo, basados en las revisiones teóricas, se determino que

es más eficiente que los controladores de la maquina se ubiquen de forma

local, debido a que son equipos pequeños para ambientes de trabajo a nivel

de universidad.

Seguidamente, tomando en cuenta los datos recolectados sobre el estado

actual del sistema y las respuestas obtenidas a través del cuestionario, se

procede a definir una serie de requerimientos correspondiente a la fase II de

la metodología aplicada, cuyo objetivo es determinar los requerimientos

técnicos necesarios para la automatización del sistema.

Para ello, se procede a detallar técnicamente cómo se desarrollan los

procesos en base a la automatización de los mismos. Todo ello, para luego

listar las señales de entradas y salidas en conjunto con los dispositivos de

control.

El proceso de posicionamiento de resistencias eléctricas en placas

electrónicas de manera global está divido en Cuatro (4) etapas, donde cada

una posee un grupo de sensores y dispositivos de control encargados de

monitorear y controlar las variables en cada una de estas, suministrando

información al microcontrolador de la máquina. Todas las etapas serán

controladas por el microcontrolador siendo estas:

1- Pre-Arranque

2- Selección de la resistencia eléctrica

3- Posicionamiento de la resistencia eléctrica

4- Sistema de seguridad

118

Primeramente, se conectará el posicionador de resistencias con la

computadora a través de un puerto serial y además se colocará la placa

perforada en la base destinada para sujetarla, posteriormente se energiza la

máquina mediante el botón de encendido ubicado en el panel de control,

además la pantalla LCD empezará a funcionar mostrando desde este

momento en adelante toda la información referida al proceso, desde el inicio

hasta su culminación. Seguidamente el posicionador de resistencia entrará

en modo de espera hasta que reciba el conjunto de instrucciones a seguir de

la computadora la cual posee el diseño a realizar, esto ocurre a través de un

comando que es accionado desde el software.

Al recibir el conjunto de instrucciones por parte del ordenador comenzará

a realizar el proceso de posicionamiento de resistencias eléctricas, donde

inicialmente una pinza robótica la cual usa un motor para controlar la

apertura y cierre del mecanismo de sujeción, sujetara dicho componente

electrónico. A partir de este momento la pinza robótica se colocará en su

posición inicial para luego proceder a colocar dicha resistencia según lo

establecido por el usuario en el programa.

El desplazamiento de la pinza robótica se realiza en base a un sistema de

coordenadas cartesianas donde el movimiento de los tres (3) ejes. Se

realizará a partir de un conjunto de rieles electromecánicos que a su vez

cuenta con motores paso a paso controlador por microcontrolador.

El Movimiento en el eje X y Y para el posicionamiento de cada resistencia

está determinado por las coordenadas codificadas en el programa. El

119

movimiento en el eje Z para la ubicación de cada resistencia se realizara de

forma estándar debido a que siempre realizara el proceso de ascender y

descender con una distancia prestablecida.

Además, la máquina contará con un sistema de seguridad el cual estará

establecido por una alarma indicadora que permita al usuario conocer si hay

una falla dentro del proceso de posicionamiento de resistencia, por lo cual el

usuario con un botón de paro emergencia tendrá la potestad de detener el

proceso si él lo ve necesario, luego de haberse solucionado el problema, se

presionara un botón de continuación de proceso.

Cabe destacar, que la máquina dispone de un teclado matricial el cual

permitirá en caso de que haya alguna falla en el proceso poder manejar los

ejes X, Y y Z por medio del teclado en lo que sería el proceso de calibración

o posicionamiento de dichos ejes si el operador lo ve necesario. Ya una vez

conocido el proceso a continuación se presenta el listado del hardware de las

entradas y salidas correspondientes al microcontrolador.

Cuadro 5 Etapa: Pre-arranque

Comunicación Equipo Serial Cable Serial Macho / Hembra

USART Cable UTP USART Cable UTP


120

Cuadro 6 Etapa: Pre-arranque

Entrada / Salida Equipo Salida discreta Pantalla LCD Salida discreta Pantalla LCD Salida discreta Pantalla LCD Salida discreta Pantalla LCD Salida discreta Pantalla LCD Salida discreta Pantalla LCD Salida discreta Pantalla LCD Salida discreta Pantalla LCD Salida discreta Pantalla LCD Salida discreta Pantalla LCD


Cuadro 7 Etapa: Selección de la resistencia eléctrica


Cuadro 8 Etapa: Posicionamiento de la resistencia eléctrica.

Entrada / Salida Equipo Salida discreta Motor paso a paso. Desplazamiento en el eje X. Salida discreta Motor paso a paso. Desplazamiento en el eje X. Salida discreta Motor paso a paso. Desplazamiento en el eje X. Salida discreta Motor paso a paso. Desplazamiento en el eje X. Salida discreta Motor paso a paso. Desplazamiento en el eje Y.

Entrada / Salida Equipo Salida discreta Motor de Apertura/Cierre de la Pinza Salida discreta Motor paso a paso. Desplazamiento en el eje Z. Salida discreta Motor paso a paso. Desplazamiento en el eje Z. Salida discreta Motor paso a paso. Desplazamiento en el eje Z. Salida discreta Motor paso a paso. Desplazamiento en el eje Z.

121

Cuadro 8 (Cont…)

Entrada / Salida Equipo Salida discreta Motor paso a paso. Desplazamiento en el eje Y.

Salida discreta Motor paso a paso. Desplazamiento en el eje Y.

Salida discreta Motor paso a paso. Desplazamiento en el eje Y.


Cuadro 9 Etapa: Sistema de Seguridad

Entrada / Salida Equipo Salida discreta Alarma de Emergencia

Entrada discreta Botón de paro de emergencia Entrada discreta Botón de continuación de proceso Salida discreta Teclado Matricial Salida discreta Teclado Matricial Salida discreta Teclado Matricial Salida discreta Teclado Matricial

Entrada discreta Teclado Matricial Entrada discreta Teclado Matricial Entrada discreta Teclado Matricial Entrada discreta Teclado Matricial


Fase III: ESQUEMA GENERAL DEL HARDWARE

Continuando con el desarrollo del tercer objetivo, se engloba lo referente al

diseño del hardware que servirá como guía para la elaboración del prototipo.

A continuación, se plantea elesquema general de hardware por el que

actuara el controladorprincipal del proceso, en este caso un par de

microcontroladores PIC. Este se describe a continuación:

122

Figura 1. Esquema general del hardware. Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012)

123

Fase IV: ORDINOGRAMA GENERAL

Por otro lado, continuando con el desarrollo de la metodología, se realizó

unordinograma general, con la ayuda del software Microsoft Power Point,

donde se tiene una visualización genérica de todas las etapas que engloban

la filosofía operacional del proceso objeto deestudio, lo que servirá como

punto de inicio para eldesarrollo del software y de esta manera tener el paso

inicial para el cumplimiento del objetivo 4 que resalta: Elaborar la lógica de

control para el funcionamiento delsistema de control numérico por

computador (CNC). A continuación los cuadros correspondientes dicho

ordinograma:

124

Figura 2. Ordinograma general del hardware.


125

FASE V: ORDINOGRAMAS MODULARES Y CODIFICACIÓN DEL PROGRAMA

Extendiendo el desarrollo del mismo objetivo, su segunda división se

relaciona con la fase V ordinogramas modulares y codificación de programas.

Luego de haber planteado elordinograma general que especifica la lógica de

control en forma de etapas, se procede adescribir detalladamente cada una

de estas etapas por medio de ordinogramas modulares,que servirán como

base para codificar el programa por el que actuara el Controladorprincipal del

proceso. Estos se describen a continuación:

126

Figura 3. Proceso.


127

Figura 4. Sujeción de resistencia.


128

Figura 5. Calibración.


129

Figura 6. Paro de emergencia


130

Por otro lado, para la codificación del programa se utilizó el software

MPLAB IDE versión 8.10, mediante la aplicación del lenguaje "assembler", el

cual permitió la creación de una estructura organizada y de fácil manejo.

La codificación está estructurada en una serie de rutinas; una de éstas es la

rutina principal, la cual está encargada de dirigir el camino que toma el

programa a través de cada una de las sub-rutinas, correspondientes a las

distintas etapas del proceso que son monitoreados constantemente. Otras

sub-rutinas están conformadas por la lógica necesaria para el ajuste de

diversas variables como son las que corresponden a cada uno de los ejes

cartesianos del prototipo.

En este programa cada sensor es representado con un bit el cual trabaja con

lógica inversa por lo cual es ununo (1) lógico, evitando la activación de

cualquier elemento; al momento de activarse el sensor asociado, el bit

cambia de estado de un uno (1) acero (0) lógico, permitiendo realizar la

activación correspondiente a cada uno de los motores y actuadores que

forman parte del sistema. De esta manera se observa como los sensores

trabajan con una lógica negativa, y esto se da para seguir un protocolo de

falla segura durante todo el proceso.

Se desarrollaron rutinas específicas para el control de los actuadores de

tal manera que existiese compatibilidad con cada uno de los motores paso a

paso presentes en el prototipo, las cuales implementan instrucciones como

RRF (rotateright file) y RLF (rotateleft file) para el accionamiento de los

terminales de las bobinas. También se utilizó una estructura de contador para

131

el control de la posición de los motores, con respecto a las coordenadas

cartesianas, introducidas por el usuario. La comunicación del computador

asociada al microcontrolador se realizó por medio de una conexión serial. El

PIC 16F877A puede configurarse como una unidad de comunicación en serie

para la transmisión de datos asíncrona (USART).

Para programar el modulo USART se utilizaron 3 registros, el primero de

ellos se encarga de configurar y dar formato a la transmisión de datos, el

segundo de configurar y dar formato a la recepción de datos y el tercero se

encarga de configurar la velocidad de las comunicaciones de datos.

Por último, en lo referente a la programación del microcontrolador se

implementaron registros de propósito general ubicados en los bancos de

memoria 2 y 3 para el almacenamiento de coordenadas cartesianas

provenientes del computador, con la ayuda del direccionamiento indirecto

para poder manipular eficientemente el almacenamiento de dichos datos.

Cabe destacar que se utilizo el programa Visual Basic 2008 ( Ver anexo

F), el cual consta del uso de una serie de pantallas de operación

(despliegues), que proporcionan herramientas como botones, cuadros de

texto, gráficos, etiquetas, menús, temporizadores, barras de progreso, entre

otros,además permite trabajar con una serie de variables como son las

booleanas, bytes,intenger, doubles, que le da la facilidad al programador de

tener un control, con el cual puede realizar tanto la entrada como la salida de

datos, en el que se desarrollará básicamente el diseño del circuito electrónico

132

que se quiera transferir al prototipo para el posicionamiento de las

resistencias eléctricas en la placa electrónica.

Dentro de las sentencias empleadas en el entorno de Visual Basic 2008,

se encuentran las condiciones If – ElseIf, las cuales permitieron manipular las

condiciones de trabajo de los botones de apertura y cierre de la

comunicación por el puerto serial COM2. A su vez, las sentencias True y

False, determinaron la habilitación y deshabilitación del botón de envío de

datos hacia el microcontrolador. Las barras de progreso se programaron en

conjunto con un temporizador, con el siguiente juego de instrucciones; para

la inicialización del temporizador TIMER1.STARTUP (), y para reflejar el

incremento de dichas barras se utilizo la sentencia

PROGRESSBAR1.INCREMENT ().

El diseño asistido por computador (CAD), realizado en el entorno de

Visual Basic 2008, se creó con la utilización de un grupo de botones

denominados RADIOBUTTOM, los cuales están constituidos por una serie

códigos para cada una de las posiciones dentro del diseño de la placa

electrónica.

Además, el software antes mencionado permite la programación directa,

desarrollo de despliegues a nivel de la IHM, enella se visualiza el

funcionamiento correcto del sistema y monitoreo desus variables y se

encarga de mostrar las diferentes fallas que puedanpresentarse.

133

FASE VI: DEPURACIÓN DEL SOFTWARE

Siguiendo con la fase VI, correspondiente a la Depuración del software,

para culminar el alcance del siguiente objetivo: Elaborar la lógica de control

para el funcionamiento del sistema de control numérico por computador

(CNC), se procedió a las pruebas correspondientes al programa que fue

codificado y a la verificación de los despliegues realizados en el computador.

Estas pruebas tuvieron como punto de partida la puesta en marcha del

software del prototipo realizado en el programa MPLAB IDE v8.10 mediante

la utilización de la opción "Debugger" ubicada en la barra de herramientas del

mismo, la cual despliega un conjunto de 8 herramientas para la depuración.

Un punto importante fue la verificación del programa que el

microcontrolador estaba ejecutando, observando de esta manera que las

instrucciones encargadas de enviar indicaciones al Hardware se estuviesen

ejecutando de la forma correcta.

En primera instancia se colocó el software del prototipo en modo RUN para

que inicie su funcionamiento, realizando forzados de entradas por medio del

software para ir dando cumplimiento a la lógica del programa.

En el transcurso de este proceso se fue detallando cada sentencia del

programa con las opciones de " StepInto", " StepOver" y " StepOut" para

corregir los errores lógicos que se fueron presentando.

La pantalla de operaciones elaborada mediante Visual Basic 2008,

proporcionó herramientas interactivas para localizar errores en tiempo de

134

ejecución y errores en la lógica del programa. Las herramientas de

depuración en incluyen:

• Puntos de interrupción y expresiones de interrupción:

Establece un punto de interrupción para detener un programa en

ejecución. Se puede establecer un punto de interrupción en tiempo de diseño

o en tiempo de ejecución mientras se esté en modo de interrupción.

• Expresiones de inspección.

Emplee las expresiones de inspección para examinar una variable o

expresión en particular. El valor de cada expresión de inspección es

actualizado en los puntos de interrupción

• Opciones paso a paso:

Use las opciones paso a paso para ejecutar porciones de código ya sea

una instrucción o procedimiento a la vez.

• Pila de llamadas:

Emplee Pila de llamadas para visualizar todas las llamadas a

procedimientos activas y rastrear la ejecución de una serie de procedimientos

anidados.

• La ventana inmediato

En modo de interrupción, se puede probar una sentencia ejecutable

escribiéndola en la ventana inmediato. Visual Basic ejecuta la sentencia

inmediatamente de modo que se pueda evaluar el código.

• Las ventanas locales

135

Esta ventana automáticamente visualiza todas las variables declaradas en

el procedimiento actual, junto con sus valores.

Con respecto a errores lógicos presentes en el sistema se observó que al

trabajar con el eje Y, a medida de que el motor paso a paso retornaba a su

posición inicial lo hacía con coordenadas erróneas después de haber

realizado un proceso de posicionamiento. Al momento de utilizar los valores

que debían corresponder al eje Y, el bit 7 del registro FSR se encontraba

desactivado por lo que apunto hacia el banco en el cual se encontraba la

información correspondiente al eje X. La manera de corregir este problema,

fue mediante la activación del bit mencionado anteriormente antes de

efectuar la lógica correspondiente al movimiento del motor del eje Y.

En el entorno de Visual Basic 2008, se presentaron problemas debido a

errores de sintaxis a lo largo de la programación, por lo cual se utilizaron

continuamente guías y manuales de programación.

FASE VII: ADAPTACIÓN ENTRE HARDWARE Y SOFTWARE En esta fase de la investigación luego de formar la estructura del

hardware y el software se acuerdan los mecanismos para la comunicación

entre ambos, garantizando que la información entre y salga de forma correcta

mediante simulaciones por computador. De esta manera el hardware se

desarrolló en un entorno virtual, denominado Proteus ISIS 7, el cual nos

permitió implementar cada uno de los componentes que forman parte del

mecanismo del prototipo, entre estos:

136

- Microcontroladores PIC 16F877A.

- CI MAX232.

- Motores paso a paso con sus respectivos drivers.

- Conectores seriales para la comunicación con el computador (COMPIM).

- Osciladores de 4MHZ.

- Diodos.

- Pantalla LCD.

- Teclado matricial 4x3.

- Capacitores.

- Transistores.

- Pulsadores.

- Leds.

- Resistencias eléctricas.

Al haber desarrollado el sistema de control por medio del software MPLAB

IDE versión 8.10 y compilar la serie de códigos elaborados en lenguaje

ensamblador se crea el archivo .hex. Dicho archivo se utilizó en el programa

Proteus ISIS para la comprobación de la comunicación entre el hardware y el

software, con el fin de verificar que la lógica de control corresponda con los

ordinogramas desarrollados en la investigación.

Para poder lograr la comunicación entre el computador (Visual Basic

2008) y los dispositivos electrónicos ubicados en Proteus ISIS, se utilizó la

herramienta Virtual Serial Port Driver 7.1, el cual es un software que nos

permite enlazar dos (2) puertos seriales de forma virtual.

137

Al conectar cada uno de los software mencionados previamente, se

observó una transmisión eficiente de información al momento de enviar las

coordenadas y otros datos desde los despliegues en VB 2008, hacia el

microcontrolador PIC 16F877A, logrando una correcta adaptación entre cada

una de las etapas del proceso.

Por último, al momento de realizar las simulaciones, se encontraron

errores que no se percibieron durante la etapa de depuración, debido que

están relacionados con los componentes físicos del prototipo y sus

conexiones. Entre ellos.

- Se observo que el funcionamiento de los motores requiere de un tiempo

para realizar su movimiento, el cual debe ser considerado por el

temporizador del microcontrolador.

- Fallas en las conexiones entre el microcontrolador y el puerto serial

COMPIM

- Fallas en la transmisión de datos desde el entorno de trabajo de VB2008

hacia el microcontrolador

- Se presentaron problemas en el modulo de transmisión USART. Debido a

que el microcontrolador que trabaja como maestro, tiene que comunicarse

con dos dispositivos simultáneamente (microcontrolador secundario y el

ordenador).

- Se observo que al acoplar VB2008 y Proteus ISIS, existía una diferencia

entre las velocidades del modulo de transmisión USART.

138

Cada falla encontrada fue corregida y revaluada en simulaciones

continúas para garantizar el completo funcionamiento del sistema.

FASE VIII: IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE

Una vez realizado el análisis de la fase anterior sobre la adaptación del

hardware con el software, seprocede con la implementación del hardware

correspondiente a la Fase VIII de lametodología, cumpliendo así con el

siguiente objetivo: Construir un prototipo con base en los resultados de la

simulación para la integración de hardware y software del sistema de control

numérico por computador (CNC) propuesto (Ver anexo G). Para desarrollar

elprototipo se realizó un listado de los materiales a utilizar en la fabricación

delmismo,detallando las características técnicas proporcionadas por las

hojas del fabricante,para realizar de esta manera una correcta

implementación de los dispositivos electrónicos.

El microcontrolador escogido para el diseño del prototipo PIC 16f877A

(Ver anexo H), cuenta con una serie de características:

- Frecuencia máxima de DX – 20MHz

- Memoria de programa flash de 8Kb

- Puertos A, B, C, D y E que correspondes a E/S

- Está conformado por 40 pines

- Posee una gama de 15 interrupciones

- Cuenta con tres temporizadores

- Comunicaciones seriales de tipo MSSP y USART.

139

- Comunicación paralela PSP.

- Cuenta con 8 canales de entrada que trabajan como módulos A /D de 10

bits

- El lenguaje de programación cuenta con un total de 35 instrucciones.

- La máxima capacidad de corriente de cada uno de los pines de I/O en modo

sumidero es de 25 mA y en modo fuente 20 mA.

- Su voltaje de funcionamiento es de 5 vdc.

Siguiendo con la descripción del listado de los componentes, se utilizó

una pantalla LCD de 2x16, en la cual cada carácter dispone de una matriz de

5x7 puntos ( pixeles), este dispositivo está gobernado internamente por un

microcontrolador Hitachi 44780. Está conformado por 16 pines de los cuales,

8 corresponden al bus de datos, 2 encargados de la regulación del led

interno que ilumina la pantalla, 2 pines de alimentación (rango de voltaje de

5v) y 4 pines de configuración de la misma.

Así mismo, se implemento un teclado matricial 4x3, el cual es un

dispositivo de entrada de datos que consta de 12 teclas o pulsadores,

dispuestos e interconectados en filas y columnas. Dispone de un conector

SIL (Single in line) macho de 7 pines que corresponden con las 4 filas y 3

columnas de las que dispone.

Con respecto a la estructura del prototipo se utilizó un conjunto de ejes

denominados X, Y y Z( Ver anexo I). El eje X, corresponde a un escáner HP,

y los otros ejes Y y Z, provenientes de dos impresoras HP modelo 136D. Por

lo cual se acoplaron de tal manera que el eje Z, está sujeto al eje Y, y ambos

140

son soportados por el eje X, tomando la forma de un robot cartesiano. En el

eje Z, se sitúa la herramienta de trabajo, conformada por una pinza la cual

está compuesta por 2 piezas metálicas, que al estar unidas logran la sujeción

de las resistencias eléctricas.

El eje X posee intrínsecamente un motor paso a paso unipolar MITSUMI de

modelo M35SP-7, el cual posee las siguientes características:

- Angulo de paso de 7.5°

- Rango de voltaje de 12v – 24v

- Rango de corriente por fase de 517mA Max.

- 4 bobinas

- Resistencia interna de 50 ohm por fase.

- Torque máximo 34.3 mNxm

Referente a los drivers (controladores), para cada uno de los motores

paso a paso se implemento el CI L293B, el cual posee una corriente de

salida de 1A por canal, protección contra altas temperaturas, rango máximo

de voltaje de alimentación de 36v y voltaje máximo de entrada de 7v.

Para la comunicación entre el ordenador y elmicrocontrolador es

necesario el uso del CI MAX232 (Ver anexo J), el mismo dispone

internamente de cuatro(4) conversores de niveles TTl al bus Standard RS232

y viceversa, para la comunicación serial. El CI lleva internamente dos

conversores de nivel de TTL a RS232 y otros de RS232 a TLL con lo que en

total se pueden manejar cuatro(4) señales del puerto serial de la PC, por lo

general las más usadas son TX, RX, RTS y CTS. Para que el MAX232

141

funcione correctamente se deben colocar unos condensadores externos de

1uF.

La conexión física entre el computador y el CI MAX232 se establece

mediante el uso de la interfaz RS-232 (Ver anexo K), dado por el estándar

RS-232C. Los puertos seriales RS-232C, consisten en un conector tipo DB-9

de 9 pines. Cada pin puede ser de entrada o de salida y tienen como función

específica las siguientes:

Cuadro 10

Interfaz RS-232, conector tipo DB-9

DB9 conector de 9 pines PIN Nombre Abreviatura

1 Detección de portadora DCD 2 Datos recibidos RD 3 Datos transmitidos DTR 4 Terminal preparado DTR 5 Señal de tierra SG 6 Enlace de datos listos DSR 7 Solicitud de envió RTS 8 Libre para enviar CTS 9 Indicador de llamada RI

Fuente: Molina, Sánchez y Santarrosa (2012) FASE IX: INTEGRACIÓN DEL HARDWARE CON EL SOFTWARE

Luego de realizadas las fases anteriores con satisfacción, se evaluó la

interacción entre ambas partes de la investigación, confirmando que la mayor

parte del sistema interactúa de manera eficiente. Se procedió a descargar los

programas realizado en MPLAB IDE v8.10 por medio del programador pickit2

hacia los microcontroladores PIC 16F877A de manera satisfactoria, para

luego integrarlos en la circuitería del prototipo. Después, se enlazó el

142

ordenador con el diseño circuital por medio del cable serial RS-232 para la

transmisión de datos. Finalmente se verificó la continuidad de todas las

conexiones.

Se dio inicio a las pruebas del prototipo, bajo condiciones ideales,

confirmando que físicamente trabajara de acuerdo a lo propuesto en la

investigación. Primeramente se energizó el prototipo y se encendió la

computadora para ejecutar el software desarrollado en la aplicación Visual

Basic 2008, se seleccionaron las coordenadas de prueba a ejecutar por el

posicionador de resistencias, se habilito el puerto serial desde dicha

aplicación, y posteriormente se envió un conjunto de datos al

microcontrolador.Se verificó la correcta transmisión de la informaciónal

visualizar en la pantalla LCD las coordenadas recibidas.

Se observó que los motores paso a paso desplazaban los ejes, realizando

los movimientos necesarios para la correcta posición de las resistencias

según las coordenadas. También se verificó la apertura y cierre de la pinza,

para comprobar los tiempos que empleaba en dichos movimientos, y verificar

si permitían la correcta sujeción y colocación de la resistencia, además de la

pantalla LCD, la cual mostraba constantemente la información

correspondiente al desenvolvimiento del sistema.

Se evaluó el nivel de precisión del sistema para determinar las exigencias

del diseño ya que los motores no desplazaban los ejes de forma precisa con

respecto a las distancias que tenían las perforaciones de la placa electrónica,

143

por lo cual se requirió de una calibración manual para ajustar los puntos de

referencia.

Las correas de desplazamiento de los ejes, a lo largo de las pruebas

tendían a descarrilarse, afectando el desempeño del posicionador, de modo

que fue necesario colocar una goma para su sujeción. Cabe destacar que

también se presentaron problemas con la alimentación, debido a la demanda

de corriente que tenían los motores al momento del arranque era mayor a la

corriente nominal de los mismos.

FASE X: PRUEBAS FINALES DEL PROTOTIPO

En esta fase se puso a prueba el prototipo (ver anexo B), bajo condiciones

reales, tal cual como si fuera implementado en el área de trabajo para su

supervisión con la ayuda de un experto y de esta manera realizar los ajustes

y correcciones finales.

Las pruebas finales del sistema fueron diseñadas para localizar

discrepancias o anomalías entre el sistema de control recientemente

construido y los objetos y requerimientos inicialmente establecidos con los

usuarios del sistema, por ello, estas pruebas se debieron realizar como si el

sistema estuviese operando normalmente . Las condiciones de las pruebas

finales se detallan a continuación:

- Posicionado de 5 resistencias eléctricas (1 watt) sobre la placa perforada.

- Puesta en marcha del sistema a lo largo de 5 horas continuas, para

garantizar su estabilidad en el tiempo

144

- Evaluación del desempeño del sistema a temperatura ambiente y a

diferentes niveles de temperatura (16°C – 36°C).

- Apagado forzado del sistema durante el proceso, para verificar que una

desconexión no descalibre el sistema.

1.2. PRESENTAR LA PROPUESTA Ya culminadas las fases metodológicas siguiendo con la metodología

propuesta por Angulo (1986) en conjunto con los criterios de los autores de la

presente investigación, y por tanto el cumplimiento de los objetivos

planteados en la investigación, se procede a discutir las ventajas y beneficios

del sistema diseñado. Ya después de haber realizado el prototipo, se

determino que su precisión al momento del posicionamiento de una

resistencia eléctrica, variaba en torno a las variables dentro del proceso, pero

sin embargo cumplió con los objetivos propuestos, ya que cada una de las

etapas que fueron prestablecidas para el alcance de dicho diseño funcionaba

de manera correcta.

En lo referente al diseño del circuito por parte del usuario, se presentaban

dos (2) alternativas para el ingreso de las coordenadas, de forma escrita y

por medio del CAD. Con respecto al diseño asistido por computador (CAD),

se presento al usuario un entorno diferente y más versátil, al que visto

actualmente, ya que por medio de un despliegue grafico se requerían las

posiciones para cada uno de los componentes según las necesidades del

diseñador.

145

Para la comunicación dentro del computador y el microcontrolador

PIC16F877A, se optó por la comunicación serial, ya que no requiere de una

alta inversión económica, es de fácil acceso para el campo universitario,

también posee una opción para la regulación de velocidad de transmisión y

recepción de datos, y por ultimo se puede configurar de diferentes maneras.

En este caso, el tipo de comunicación implementado fue half-dúplex. Para la

herramienta de trabajo se considero a nivel de hardware, el uso de un

solenoide para la sujeción de una resistencia eléctrica, ya que su costo es

menor, si se compara con una pinza robótica. Además, al momento de su

control, solo se necesita aplicarle un voltaje determinado para que realice el

movimiento de apertura y cierre, conocido como carrera.

La presente propuesta se caracteriza en el posicionamiento de resistencias,

únicamente en una dirección, como lo plantea el objetivo general de la

investigación: “Desarrollar un sistema de control numérico por computador

(CNC) para el posicionamiento de resistencias eléctricas en placas

electrónicas”, por lo cual el posicionamiento de componentes en diferentes

direcciones, no se planteo como un objetivo primordial.Por último, el presente

trabajo esta enfocado a realizar un posicionador de resistencias eléctricas

para producciones pequeñas, por lo tanto se dirige principalmente a la

realización de circuitos a nivel universitario, lo cual resulta adecuado para los

laboratorios de institutos universitarios.

Documents

CAPÍTULO IV - virtual.urbe.eduvirtual.urbe.edu/tesispub/0092402/cap04.pdf · coordenadas, ya sea absolutas o incrementales, en coordenadas cartesianas. Posee además una serie de