MECCANO

CONTROL DE CALIDAD EN LNEASISTEMA DE VISIN Y ENDEREZADO

Proyecto: Control de Calidad en Lnea, Sistema de Visin y Enderezado

PRIMER AVANCE

Integrantes:Ing. Hctor SernaDr. Rafaela Villalpando HernndezIng. Luis ContrerasAlberto Joel Crdenas LuvanoAdriana de Lourdes Rodrguez CamposLuis Miguel Pmanes Wongsanchez

MECCANO2010

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Control de Calidad en Lnea

Elabor:

Responsable ITESM

Revis:Ing. Salvador Jalife LozanoDirector de innovacin y desarrollo

Vo. Bno.:Ing. Hctor Guerrero H.Director General

NDICE DE CONTENIDO1. Plan de Trabajo82. Introduccin112.1 Componentes de paneles122.2 Tipos de paneles163. Situacin Actual 194. Necesidades215. Definicin del Problema235.1 Sntomas235.2 Diagnstico246. Premisas y Prioridades256.1Descripcin de las premisas256.2 Prioridad de las premisas267. Alcance del Proyecto278. Propuestas de Diseo288.1 Sistema de inspeccin288.1.1 Sistema de visin288.1.2 Sistema de inspeccin manual378.2 Sistema de alimentacin38

8.2.1Rodillos328.2.2 Pin-cremallera348.2.3 Banda358.3 Sistema de correccin378.3.1 Prensa378.3.2 Sistema de rodillos418.3.3 Actuadores lineales44

NDICE DE TABLASTabla 1. Tabla de sntomas22Tabla 2. Tabla de diagnstico22Tabla 3. Tabla de premisas24Tabla 4. Tabla de prioridades de diseo25Tabla 5. Tabla de soluciones de visin30Tabla 6. Etapas entregables del sistema de visin.31Tabla 7. Equipo para mesa de rodillos34Tabla 8. Ventajas y desventajas de la mesa de rodillos34Tabla 9. Equipo para sistema pin-cremallera35Tabla 10. Ventajas y desventajas sistema pin-cremallera35Tabla 11. Equipo para banda transportadora36Tabla 12. Ventajas y desventajas de banda transportadora36Tabla 13. Ventajas del uso de prensa hidrulica sobre mecnica37Tabla 14. Equipo para prensa hidrulica39Tabla 15. Equipo para prensa mecnica40Tabla 16. Ventajas y desventajas de prensa 41Tabla 17. Premisas que cumple el sistema de rodillos 42Tabla 18. Ventajas y desventajas del sistema de rodillos 43Tabla 19. Equipo para sistema de rodillos 44Tabla 20. Premisas que cumple el sistema de actuadores 45Tabla 21. Ventajas y desventajas del sistema de actuadores 45Tabla 22. Equipo para sistema de actuadores46

NDICE DE FIGURASFig. 1 Plan de Trabajo 8Continuacin Plan de Trabajo9Continuacin Plan de Trabajo10Fig. 2 Vista frontal y lateral panel 12Fig. 3 Clasificacin de Tapas 13Fig. 4 Cua A14Fig. 5 Cua B14Fig. 6 Refuerzo Horizontal14Fig. 7 Refuerzo Horizontal Plano14Fig. 8 Refuerzo Vertical Plano15Fig. 9 Refuerzo Horizontal cua A15Fig. 10 Refuerzo Horizontal cua B15Fig. 11 Refuerzo Horizontal y Vertical Plano cua A15Fig. 12 Refuerzo Horizontal y Vertical Plano cua B15Fig. 13 Panel Normal (PN)16Fig. 14 Panel Reforzado (P)16Fig. 15 Tipos de Paneles17Fig. 16 Tipos de Paneles 218Fig. 17 Estructura de cordones para panel de acero en mesa de robot derecha19Fig. 18 Estructura de cordones para panel de acero en mesa de robot izquierda20Fig. 19 Uso de regla para apreciacin de deflexin en pieza21Fig. 20 Uso de regla para confirmar pieza sin deflexin21Fig. 21 Pieza sin deflexin21Fig. 22 Pieza con poca deflexin21Fig. 23 Pieza con deflexin21Fig. 24 Deflexin de paneles en el eje z23Fig. 25 Sistema de visin27Fig. 26 Esquema de solucin propuesta28Fig. 27 Vista terica de la cmara28Fig. 28 Esquema de solucin propuesta 229Fig. 29 Vista terica de la cmara 229Fig. 30 Esquema de solucin propuesta 329Fig. 31 Esquema de solucin propuesta 430Fig. 32 Alimentacin por rodillos de traccin33Fig. 33 Alimentacin por rodillos de traccin 233Fig. 34 Alimentacin por sistema de pin-cremallera(cadena)35Fig. 35 Alimentacin por banda transportadora36Fig. 36 Banda accionada por motorreductor36Fig. 37 Esquema de sistema por prensa hidrulica39Fig. 38 Esquema de sistema por prensa hidrulica 2 40Fig. 39 Vista lateral41Fig. 40 Sistema accionado por rodillos42Fig. 41 Sistema de actuadores lineales para enderezado44

LISTA DE ANEXOSAnexo A. Meccano\Manual Bsico de Corte Anexo B. Puntos Crticos de Calidad Agosto 2010Anexo C. Reporte_Fuerza

1. PLAN DE TRABAJO

Fig. 1 Plan de Trabajo

2. INTRODUCCIN

Meccano de Mxico es una empresa 100 por ciento mexicana, ubicada al norte de Mxico, en la ciudad de Torren, Coahuila.

Es una empresa que naci como consecuencia de una bsqueda constante para superar la eficiencia en la construccin de vivienda.

Fundada por constructores, encontraron la problemtica del sector, identificaron el origen de los problemas y aplicaron la solucin.

El Sistema Constructivo Meccano, es un sistema de cimbras metlicas que encofra el 100 por ciento de una vivienda: muros, losa, escaleras, pretiles, etctera; que permite colados monolticos y produce -segn el molde del que se trate- cuatro viviendas por da en un solo colado, con un reducido grupo de operadores.El molde es un instrumento que iguala las variables crticas de la construccin en serie de cualquier producto. Gracias a l, los productos presentan la misma apariencia, consumen los mismos materiales, mano de obra y tiempo de ejecucin.

Permite asegurar los resultados de los presupuestos en tiempo y costo de grandes desarrollos, al mismo tiempo reduce indirectos por manejo y supervisin de obra [1].

En este trabajo se mostrar el desarrollo del diseo e implementacin de una mquina para detectar y corregir errores en el proceso de produccin de piezas.

Se tratar desde el funcionamiento de la planta que va desde la descripcin de sus piezas como su proceso de produccin en el que veremos y evaluaremos a detalle los errores que se forman en dicho proceso, y basados en ello propondremos diferentes soluciones capaces de corregir los errores de las piezas. Para las diferentes soluciones tomamos en cuenta las fases de investigacin, diseo, construccin, implementacin, pruebas y capacitacin.

Estas posibles soluciones sern analizadas a detalle para determinar la opcin ms factible. En el proceso de seleccin se vern aspectos desde conocimiento, materiales requeridos, costos y tecnologa para su implementacin.La parte final de ste reporte es sealar el sistema elegido as como su implementacin en la planta y una evaluacin de las mejoras que sta misma ha hecho.

2.1 COMPONENTES DE PANELES Los paneles que conforman al molde Meccano estn fabricados con diversos componentes:a) PlanchaEs una lmina de Calibre-12 que conforma la parte de superficie de contacto del panel.b) Tapas ExterioresLas tapas exteriores se caracterizan por tener 2.5 cm desde el filo hasta el centro del primer barreno (agujero). Son las tapas del panel que encierran a las tapas interiores. Generalmente son las de mayor tamao, de este tipo son las tapas laterales. InterioresLas tapas interiores se caracterizan por tener 2.1 cm al centro del primer barreno (agujero). Estas se colocan entre las tapas exteriores o laterales. Superior / InferiorEs la tira o solera que va soldada en el parte superior / inferior del panel. Laterales Fig. 2 Vista frontal y lateral panelSon las tiras o solera que van a ambos lados de los paneles (ver anexo A).

Fig. 3 Clasificacin de Tapas

Cua ACua B

V20A20Fig. 4 Cua A Fig. 5 Cuna Bc) RefuerzosExisten diversos tipos de refuerzos de calibre 12:Siempre horizontales

a) Refuerzo Horizontal de tubo

b) Refuerzo Horizontal Plano

Fig. 6 Refuerzo HorizontalFig. 7 Refuerzo Horizontal Plano

c) Refuerzo Vertical Plano

Fig. 8 Refuerzo Vertical Plano

d) Refuerzo Horizontal de tubo para cua A

e) Refuerzo Horizontal de tubo para cua B

Fig. 9 Refuerzo Horizontal cua AFig. 10 Refuerzo Horizontal cua B

f) Refuerzo Horizontal y Vertical Plano para Cua A

Fig. 11 Refuerzo Horizontal y Vertical Plano Cua A

g) Refuerzo Horizontal y Vertical Plano para Cua B

Fig. 12 Refuerzo Horizontal y Vertical Plano Cua B

2.2. TIPOS DE PANELES

2.2.1 Panel Normal (PN)Un panel normal, es aquel que lleva refuerzos horizontales tanto planos como de tubo cada 25 cm (ver Anexo A).

Fig. 13 Panel Normal (PN)

2.2.2 Panel Reforzado (P)Los paneles reforzados (P) llevan, adems de los refuerzos horizontales cada 25 cm, un refuerzo horizontal extra a 10 cm desde el inicio del panel.

Fig. 14 Panel Normal (P)

Fig. 15 Tipos de Paneles

Fig. 16 Tipos de Paneles 2

3. SITUACIN ACTUALEl proceso de produccin actual de los paneles se conforma de procesos y movimientos manuales.

La materia prima (Acero A36) llega en forma de placa en rollo calibre 12 para ser cortado por la cizalla de acuerdo a las medidas especificadas en diseo. As tambin llega en cintilla calibre 12 (en refuerzos) y 9 (en tapas) que pasan por los troqueles para corte y punzonado. Manualmente los componentes se transportan a la estacin de soldadura para armar toda la pieza. El proceso de soldadura puede ser manual o por robot.

En la fig.17 y fig.18 se muestran la cantidad y posicin de los cordones de soldadura de un panel estndar (ver anexo B).

Fig. 17 Estructura de cordones para panel de acero en mesa de robot derecha

Fig.18 Estructura de cordones para panel de acero en mesa de robot izquierda

Una vez soldada la pieza se transporta a la estacin de enderezado, que consta de una prensa mecnica y un operador, el cual hace una inspeccin de la pieza en base a su experiencia para enderezarla. Ya enderezada pasa al proceso de granallado para quitar restos de soldadura; si la pieza sufre alguna deflexin por este proceso, regresa al enderezado para luego pasar al proceso de pintura electrosttica y de ah al horno. Una vez que la pieza est pintada, si alguna pieza sufre deflexin por el calor, pasa una vez ms al proceso de enderezado. Finalmente se juntan las piezas para ser ensambladas en el rea de montaje, donde se verifica que el pedido est en orden y listo para entregarse.

Todos estos procesos y movimientos son manuales, por lo que se genera tiempo muerto, la calidad de los productos vara desfavorablemente y aumenta el margen de error, lo que se traduce en prdidas para la empresa.

4. NECESIDADESActualmente la empresa tiene en promedio por da de 100 a 150 piezas estndar. A partir de un anlisis estadstico se determin que 93.5% de la produccin tiene errores. Estos errores causan un incremento en el tiempo de entrega de los moldes al cliente, adems causan problemas de calidad que implican un costo extra debido al retrabajo y quejas. Debido a la situacin actual descrita anteriormente se pretende automatizar el proceso de enderezado y de inspeccin para eliminar los errores en las piezas, tiempo muerto, mejorar la calidad, con el fin de mantener un presupuesto bajo, y la satisfaccin de los clientes.

El anlisis estadstico se realiz de la siguiente forma:Se obtuvo una muestra de la produccin y se tomaron 31 piezas de las 150 producidas y los resultados obtenidos fueron:Total de piezas muestreadas: 31 Piezas sin deflexin: 2 Piezas con poca deflexin: 10 Piezas con deflexin: 19

Fig. 20 Uso de regla para confirmar pieza sin deflexin Fig. 19 Uso de regla para aprecio de deflexin

Fig. 21 Pieza sin deflexin

Fig. 21 Pieza sin deflexinFig. 22 Pieza con deflexinFig. 23 Pieza con deflexin

4.2. ANLISIS DE DEFLEXIN EN SOLID WORKSSe realiz un anlisis de deflexin aplicando una fuerza puntal en un panel 50 x 210 B25. La finalidad de este estudio se basa en obtener el tonelaje necesario para crear un desplazamiento en la superficie de contacto que sea capaz de corregir los errores en deflexin que se presentan en dichas superficies. Este parmetro es necesario para determinar la situacin actual en la que los paneles son enderezados.Se encontr que aplicando una fuerza de 17, 000 KG alrededor de un punto con dos sujeciones fijas, el panel mencionado sufri una deflexin respecto a su posicin original de 30.47mm.

Fig. 24 Resultado 1 Anlisis de deflexin Panel 50 x 2010 B25

Fig. 25 Resultado 2 Anlisis de deflexin Panel 50 x 2010 B25

Es necesario realizar un proceso iterativo aplicando diferentes fuerzas y variando la distancia entre los puntos de sujecin para determinar la distancia ideal y la fuerza de tonelaje ideal para el sistema de enderezo.

5. DEFINICIN DEL PROBLEMAEl problema consiste en mantener una buena calidad en el producto y estable durante el proceso de produccin. Por diferentes factores no medidos ni rastreados, la calidad deseada no se llega a lograr, ocasionando ms tiempo por retrabajos y generando costos para la empresa, as como retrasos en la entrega del producto al cliente.ste problema est siendo contenido actualmente de forma manual, pero ineficientemente.5.1 SNTOMASLos paneles sufren de deformaciones en las tapas, superficie de contacto y en los distanciadores. Estas deformaciones no cumplen con las tolerancias establecidas, afectando la calidad del panel tanto de acero como de aluminio. La presencia de las deficiencias en los paneles antes mencionadas afectar el desempeo del molde en futuras aplicaciones en campo. Dichos problemas se pueden reflejar en aspectos como:Tabla 1. Tabla de Sntomas

Hermeticidad del molde.

Abombamientos en los muros de concreto.

Desperdicio y escurrimiento del material.

Desfase de los paneles en el ensamblaje de los moldes.

Desunin de los componentes al panel.

5.2 DIAGNSTICOEs justamente despus del proceso de soldadura donde el panel sufre ciertas deformaciones mecnicas no deseadas. Dichas deformaciones se traducen en:

Tabla 2. Tabla de Diagnstico

Deflexin en el eje z de la superficie de contacto del panel (fig. 3).

Variacin del ngulo entre las tapas y la superficie de contacto.

Posicin de los distanciadores (ver anexo A).

Posicin de los agujeros en las tapas (ver anexo B).

Deficiencia en la calidad de los cordones de soldadura.

Fig. 26 Deflexin de paneles en el eje z.La deflexin y la variacin del ngulo entre las tapas y la superficie son ocasionadas por la temperatura a la cual el panel est sometido durante el proceso de soldadura y por la sujecin del panel a la mesa de soldadura.El error en la posicin de los agujeros en tapas es un problema generado en el proceso de troquelado. Por ltimo, el error en la posicin de los distanciadores y la calidad de los cordones de soldadura, son ocasionados por el mal manejo de los componentes por parte de los operarios y/o de los robots soldadores (en el caso de los cordones).

6. PREMISAS Y PRIORIDADESDado el diagnostico se requieren las siguientes premisas:

Tabla 3. Tabla de Premisas

Rpido

Lineal

Econmico

Durable

Flexible

Automatizado

Confiable

Preciso

Controlable

Compatibilidad

Manejo sencillo

6.1 DESCRIPCIN DE LAS PREMISAS

Rpido: que reduzca el tiempo actual de inspeccin y correccin. Lineal: que sea una lnea de produccin donde se apliquen todos los sistemas de manera que se reduce movimientos innecesarios y se ahorra tiempo. Econmico: que sea de bajo costo. Durable: que tenga largo tiempo de vida. Flexible: que se le puedan hacer modificaciones. Automatizado: que sea una mquina que pueda trabajar sin operarios. Confiable: que corrija la mayor cantidad de deformaciones sin causar otro tipo de deformaciones. Preciso: que obtenga mediciones correctas de los parmetros a analizarse. Controlable: que pueda ser controlado por el usuario de acuerdo a sus requerimientos. Compatibilidad: que el sistema sea capaz de adaptarse o compartir informacin con otros procesos. Manejo sencillo: que el operador sea capaz de manejar el sistema fcilmente, sin una capacitacin extensa.

6.2 PRIORIDADES DE LAS PREMISASA continuacin se definen las prioridades de diseo de acuerdo al nivel de impacto en la calidad de los paneles establecidos por el cliente, el proceso y la administracin de la empresa:Tabla 4. Tabla de Prioridades en el Diseo

PrioridadConsideracin de Diseo

1Deflexin en la superficie de contacto.

2Angulo entre las tapas y la superficie de contacto.

3Posicin de los agujeros en las tapas.

4Posicin de los distanciadores.

5Cordones de soldadura.

La prioridad ms alta la tiene la deflexin en la superficie de contacto, ya que es el problema que ms afecta la calidad del panel por lo que las premisas de diseo se basan nicamente en solucionar dicho problema (tanto para el sistema de enderezado y visin). (Aclarar que la nica que se atender fsicamente en este sistema, es la primera. Sin embargo se identificarn todos los defectos).En base a las prioridades de diseo se establecen las prioridades en las premisas:

1. Automatizado2. Preciso3. Rpido4. Durable5. Econmico6. Confiable7. Lineal8. Compatible9. Flexible10. Controlable11. Manejo sencillo

Siendo automatizado y preciso la dos premisas ms importantes porque son las que definen las necesidades de la empresa.

7. ALCANCE DEL PROYECTO

Se disear, implementar y evaluar una mquina autmata que pueda identificar los problemas en las piezas para luego corregirlos. La mquina necesitar un sistema de transporte, un sistema de escaneo de la pieza que pueda acoplarse en trminos de velocidad y vibracin. En la parte de correccin se pretende que el sistema sea rpido, es decir, que siga el ritmo de la produccin diaria, lineal y pueda corregir los tiempos de entrega muertos, que sea de bajo costo, con un largo tiempo de vida, que corrija la mayor cantidad de errores sin causar otro tipo de deformaciones.Se busca contar con un sistema de monitoreo para tener un reporte de las piezas, que nos permita conocer el nivel de eficiencia del sistema de correccin.Se considera viable la aplicacin de tecnologas nuevas o existentes que puedan mejorar tanto la inspeccin como la correccin de problemas en las caractersticas de calidad de los paneles. La implementacin de dicho proyecto traer como beneficio a la empresa el incremento en la calidad de sus productos para el cliente, as como una reduccin en sus costos de produccin.En el momento en que el sistema propuesto arroje los datos relacionados con los problemas de deflexin el proceso se puede estandarizar y empezar a revisar error por error para corregirlo. Se puede lograr que el proceso sea ms veloz si por medio de los datos se puede apreciar donde est el error ms comn y repararlo inmediatamente.

8. PROPUESTAS DE DISEO8.1 SISTEMA DE INSPECCINCon el sistema de inspeccin propuesto, se desea cumplir con las premisas 1, 6, 7, 8 y 10.Se requiere que el sistema de inspeccin sea automtico para as poder tener un proceso de produccin en lnea, de lo contrario, este proceso podra producir un cuello de botella ocasionando que los procesos posteriores se vieran afectados o incrementar el tiempo de inspeccin y correccin por pieza.Se necesita que sea confiable para justificar el uso de la tecnologa aplicada, de lo contrario sera intil su implementacin. A su vez, el sistema debe ser preciso con la finalidad de tener mediciones exactas para poder determinar si la variable medida est dentro de las tolerancias permitidas.Debe ser compatible con otros sistemas, ya que esta informacin podra ser utilizada para otros procesos, como por ejemplo, el rastreo de piezas.Para stas premisas se propone un sistema de visin, que sustituya el sistema de inspeccin manual con el que ya cuenta la empresa:8.1.1 SISTEMA DE VISINLa Visin Artificial, tambin conocida como Visin por Computador, es un sub-campo de la inteligencia artificial cuyo propsito se basa en programar una computadora para que entienda una escena o las caractersticas de una imagen.La Visin Industrial o visin artificial aplicada a la industria abarca la informtica, la ptica, ingeniera mecnica y la automatizacin industrial. Se centra principalmente en el procesamiento de imgenes digitales, dispositivos de entrada/salida y redes computacionales para el control de equipos destinados a realizar una accin especfica [2], [3], [4].Los sistemas de visin artificial se destinan a realizar inspecciones visuales que requieren alta velocidad, gran aumento, funcionamiento las 24 horas del da o la repetibilidad de las medidas.El objetivo de un sistema de inspeccin por visin artificial suele comprobar la forma de una pieza con ciertos requisitos, tales como dimensiones, nmeros de serie, la presencia de componentes, etc. En la Tabla 5 se enlistan las aplicaciones tpicas de los sistemas de visin [5].

Tabla 5. Tabla de aplicaciones de visin por computador

MilitaresDeteccin y seguimiento de objetos.Anlisis del terreno.Armas inteligentes.

RobticaGuiado de robots industriales.Navegacin de robots mviles.

AgriculturaAnlisis de las plantaciones, crecimiento y enfermedades.Anlisis de las imgenes tomadas por satlite.

IdentificacinIdentificacin automtica de huellas dactilares.Reconocimiento de caras.

Control de trficoIdentificacin de las matriculas de vehculos.Control de trfico vial.

Control de calidadVerificacin de etiquetasInspeccin de contenedoresInspeccin de motoresInspecciones de cristalesControl de calidad de la comidaInspeccin de soldadurasInspeccin de circuitos impresosInspeccin de la madera, tela, fundiciones, papelControl de presencia y metrologa

BiomedicinaAnlisis de imgenes tomadas por rayos XAnlisis de imgenes tomadas por ultrasonidosAnlisis de sangreAnlisis de DNAIndustria farmacutica

SeguridadVigilancia de edificiosDeteccin de explosivos por rayos X

As tambin, en la Tabla 6 se explican las posibles ventajas y desventajas de los sistemas de visin [6].

Tabla 6. Tabla de ventajas y desventajas en el uso de visin artificial para el control de la calidad

Ventajas

Se garantizan normas preestablecidas (tolerancias y medidas). Se logran identificar defectos con mucha ms confiabilidad. La inspeccin visual por sistema de visin puede llevarse a cabo en entornos desfavorables. La informacin de la prueba se puede grabar fcilmente para su posterior anlisis estadstico. Se reduce el nmero de componentes defectuosas que pasan a etapas subsiguientes del proceso de fabricacin. Aumenta la velocidad global de la produccin en general. Al reducir el nmero de unidades defectuosas, aumenta la confianza del cliente en la lnea de productos del fabricante. Eventualmente, se incrementan los volmenes de ventas.Desventajas

Requiere de una alta inversin inicial para la adquisicin de los componentes. Difcil implementacin en campo. La programacin de estos sistemas puede llegar a ser extensa y complicada. Los tiempos de entrega de los equipos de medicin suelen extenderse considerablemente. Costos altos de mantenimiento y futuros repuestos.

Componentes del Sistema de VisinEl sistema de visin, consta de cmaras y/o lsers los cuales son capaces de obtener imgenes de la pieza y pueden ser procesadas para tener informacin sobre esta, ya sea ngulos, longitud, deflexin entro otros. Este sistema se usa en la produccin donde se debe mantener una calidad, y se debe buscar errores, para checar el llenado de botellas.Este sistema contara con cmara(s), procesador y un sistema lser. Estar montado sobre una estructura fija por lo que el panel deber ser el que este en movimiento para poder hacer el barrido y anlisis total de la pieza.

Fig. 27 Sistema de VisinSe est tomando en cuenta, que se tendr un control para la alimentacin del panel y ste deber retroalimentar al control del sistema de visin para el conocimiento del desplazamiento lineal en todo momento.El anlisis se realizar para resolver, segn se vayan solicitando, cada una de las consideraciones de diseo, las cuales se irn montando modularmente.Los diferentes mdulos son:

a) Deflexin en la superficie de contacto

Fig. 28 Esquema de solucin de propuesta aFig.29 Vista terica de cmaraEste mdulo ser capaz de verificar que la cara del panel est lo suficientemente plana como para cumplir con las tolerancias mximas permitidas. Se har por medio de un lser y una cmara que recorrern toda la cara del panel. A medida que el panel se va recorriendo, si en algn punto la superficie tiene deflexin se ver reflejado en una diferencia de altura del lser y se podr analizar si esa curvatura cumple o no con las restricciones. En caso de no ser as, el sistema arrojara datos que permitirn conocer el punto donde se encuentra el error.

b) ngulo entre las tapas y la superficie de contacto.Este mdulo verifica que las tapas laterales del panel cumplan con los ngulos establecidos y estn dentro de las tolerancias permitidas (ver anexo A).El sistema consta de 2 cmaras y 2 lseres fijos para que el anlisis sea completo. Una vez que el panel empiece a recorrerse, los lseres marcaran un haz de luz sobre las tapas laterales y dependiendo de la distancia que este marcada con lser, se conocer el ngulo que se tiene entre la cara superior y la tapa lateral.Si en algn punto del barrido, el sistema detecta que no cumple con los parmetros especificados, ste dar informacin sobre cul es el punto con el desperfecto.

Fig.30 Esquema de solucin de propuesta bFig. 31 Vista terica de cmara 2

c) Posicin de los agujeros en las tapasEste mdulo es capaz de verificar que los barrenos hechos en las tapas laterales sean concntricos respecto al borde de la pieza dentro de tolerancias establecidas (ver anexo A).El sistema cuenta con el mismo equipo que el modulo descrito anteriormente. Una vez que el panel empiece su recorrido, el sistema tendr conocimiento cuando llegue a un barreno, ya que el haz de luz se ve interrumpido en ese momento, lo mismo sucede cuando el haz de luz vuelve a su estado original lo que significa que el barreno ha sido dejado atrs. Se verificar que las dos cmaras hayan captado el barreno en la distancia establecida. Estos dos parmetros se monitorean constantemente para garantizar que los barrenos estn concntricos dentro de los lmites permitidos, en caso contrario, se arrojaran datos para conocer la posicin del desperfecto.

Fig. 32 Esquema de solucin de propuesta c

d) Posicin de los distanciadores.Este mdulo es capaz de distinguir el momento en que existe o no, alguna de las costillas del esqueleto del panel.

Fig.33 Esquema de solucin de propuesta d ppropuesta4Esto es posible por medio de un lser, que mientras no se encuentre con alguna costilla, permanecer en una posicin constante. En el momento de estar en contacto con la costilla, el lser har un cambio de altura abrupto y empezar a disminuir su altitud, en ese instante se sabe en qu punto se encuentra. El sistema lleva un conteo de la distancia recorrida y verificar la distancia en ste punto por si se encuentra dentro de las tolerancias permitidas.A continuacin, se citan ecuaciones auxiliares que servirn para determinar el tamao de la imagen (resolucin de la cmara) y la seleccin de la velocidad de avance en base a los parmetros especificados, como lo son el alto/ancho mximo y las tolerancias mnimas/mximas de las piezas que se inspeccionaran.

e) Seleccin del tamao de la imagen (resolucin cmara).

Donde:

w = ancho de imagen (pixeles) h = alto de imagen (pixeles) pixV = relacin regin de inters (pixeles) Ymax = Ancho mx. de piezas (mm) Ymin =Tolerancia mn. de ancho(mm) Zmax = Alto mximo de piezas (mm) Zmin = Tolerancia mn. de alto (mm) = Angulo de la cmara.

Fig. 34. ngulo de la cmara ()Tabla 7. Ejemplo del clculo de resolucin cmara

VariableValorValorUnidades

Ymax500500Mm

Ymin21Mm

Zmax8080Mm

Zmin22Mm

q7045Grados

w5001000Pixeles

h800800Pixeles

pixV751.7540966565.6854249Pixeles

f) Seleccin de velocidad de avance

Donde:

Tp = Tiempo de procesamiento (ms) fps = imgenes por segundo de cmara (fps) Vp = Velocidad de procesamiento (ms / img) Xmin = Tolerancia mnima de largo (mm) Ra = Relacin de avance (mm / img) Va = Velocidad de avance(mm / ms)

Tabla 8. Ejemplo del clculo de velocidad de avance

VariableValorValorUnidades

Tp2820miliseg

fps6025fps

Xmin110mm

Ra110mm /img

Vp2840miliseg/img

Va35.71428571250mm /segundo

Tabla 9. Componentes de Mdulos de Visin

LserCmaraVA61

1. Deflexin en la superficie de contacto111

2. Angulo entre las tapas y la superficie de contacto.+2+2/

3. Posicin de los agujeros en las tapas.///

4. Posicin de los distanciadores.

+1+1/

Tabla 10. Etapas y entregables del Sistema de Visin

Etapa Entregables

Instalacin de estructura.

2 semanas Se disear la estructura donde se colocarn los diferentes equipos para los mdulos. Se fabricar la estructura fsicamente Se ensamblar la estructura y todos los componentes de visin. Se harn pruebas de encendido de todos los componentes instalados.

PreCorrecin1 semanas Se capturarn imgenes y para hacer pruebas de procesamiento en tiempo real. Se calibrarn los lasers.

CorrecinNota: Este tiempo es por cada mdulo1.5 semanas Se realizar la programacin con todos los parmetros establecidos. Prueba de funcionamiento con parmetros establecidos y correcciones necesarias. Entrega del sistema.

8.1.2 SISTEMA DE INSPECCIN POR OPERARIOComo se explic anteriormente en la definicin del problema, actualmente el sistema de inspeccin se basa en la inspeccin visual de un operador.Una vez que los componentes que conforman el panel de cimbra son unidos mediante el proceso de soldadura, pasan a un rea especfica de inspeccin, donde un operario capacitado, determina si la pieza cumple o no con las tolerancias permitidas. Esta inspeccin visual se realiza con ayuda de una regla, flexmetro y con la experiencia emprica con la que el operador cuenta.Se propone este sistema de inspeccin ya que es necesario tener un punto de comparacin respecto al sistema de visin artificial (el cual ser citado a detalle ms delante).

Tabla 11. Tabla de ventajas y desventajas de la inspeccin visual de paneles con un operador.

Ventajas

Fcil implementacin. Baja inversin requerida Costo bajo del equipo de inspeccin.Desventajas

Poca precisin, resolucin y confiabilidad. Factores externos que afectan el desempeo del operador, como lo son: cansancio, iluminacin, fatiga, visibilidad, entre otros. Se reduce la velocidad de la lnea de produccin de tal manera que se puede producir un cuello de botella en esta etapa.

8.2 SISTEMA DE ALIMENTACINEn esta etapa se disear la forma en que el sistema de inspeccin va recibir el panel, y despus ste mismo sistema va alimentar el sistema de enderezado. Inicialmente el panel de cimbra ser colocado de manera manual en una mesa transportadora despus del proceso de soldadura. Por lo que se necesita que el sistema cumpla con las premisas 2, 3, 4, 6, 11.El sistema debe de ser lineal para que pueda estar al ritmo de produccin diaria. Es indispensable que sea de bajo costo debido a que el sistema de inspeccin tendr un costo muy elevado.Se necesita que el sistema tenga una larga duracin, ya que su funcin es solo transportar.Tiene que ser automatizado para eliminar tiempos muertos y debido al peso que las piezas ya soldadas tienen, es ms fcil transportarlas automticamente. Por lo mismo se requiere que su manejo sea sencillo. Adems debe cumplir con la velocidad requerida por el sistema de visin.

Para el sistema de transporte en la mesa de alimentacin, se proponen tres alternativas:8.2.1 MESA CON RODILLOSLa primera consiste en mover al panel una vez ubicado en la mesa con rodillos de traccin, tal y como se muestra en la Fig.35

Fig. 35. Alimentacin por rodillos de traccin.El diseo consiste en tener un rodillo seguido de una barra horizontal que forma parte de la misma mesa. Esta alternativa se propone con la idea no tener que usar una cantidad muy grande de rodillos.Se propone tambin dentro del sistema de los rodillos de traccin, una mesa transportadora que nicamente utilice rodillos, sin tener las barras horizontales paralelas de la figura anterior, tal y como se muestra en la Fig.36.Fig. 36. Alimentacin por rodillos de traccin 2.Como la forma en que el panel va a ser colocado en el sistema es manual, se estableci que la altura de la mesa sea de 1.5 m para mayor comodidad del operario encargado de colocarla.El ancho de la mesa esta se defini en 70 cm, de tal forma que los paneles que se desean inspeccionar y corregir (paneles estndar y de corte), puedan ser alimentados en el sistema. Tabla 12. Equipo para mesa con rodillos

EtapaEquipo

AlimentacinAlternativa: Mesa con Rodillos

Sistema de Rodillos Mesa de transportacin, al menos del doble de la pieza ms grande y ancho de 60 cm. Motor Variador de frecuencia Actuadores

Una vez analizada la propuesta se muestran sus ventajas y desventajasTabla 13. Ventajas y Desventajas- Mesa con rodillos

Ventajas Desventajas

Fcil implementacin Vibracin La traccin sobre la superficie puede no ser suficiente Se necesitan sensores de posicin para saber dnde est la pieza

8.2.2. SISTEMA PIN CREMALLERA

En cuanto a la segunda alternativa de transporte en la etapa de alimentacin, se propone tambin un sistema pin-cremallera con la integracin de un encoder capaz de retroalimentar al sistema de visin, vase la Fig.37.

Fig. 37. Alimentacin por sistema de pin-cremallera (cadena).

Tabla 14. Equipo para Pin- Cremallera

EtapaEquipo

AlimentacinAlternativa: Sistema pin-cremallera

Sistema engranes Mesa de transportacin, del doble de la pieza ms grande y ancho de 60 cm. Motor Variador de frecuencia

Una vez analizada la propuesta se muestran sus ventajas y desventajasTabla 15. Ventajas y desventajas- Sistema Pin-Cremallera

VentajasDesventajas

Manejo de velocidades Larga durabilidad Efectivo Mayor Control de Posicin Costo elevado Complicado de usar

8.2.3. BANDALa tercera y ltima propuesta de transporte es mediante una banda. El sistema de traccin puede ser transmisin accionada por un motorreductor de varias correas trapezoidales, o bien con un motorreductor y una cadena; transmitiendo el movimiento al cilindro de tensado.

Fig. 38. Alimentacin por bandas transportadoras

Fig. 39. Banda accionada por motorreductor

Tabla 16. Equipo para Pin- Cremallera

EtapaEquipo

AlimentacinAlternativa: Banda transportadora

Banda transportadora Mesa de transportacin, del doble de la pieza ms grande y ancho de 60 cm. Motor Variador de frecuencia Cilindros o correas

Tabla 17. Ventajas y Desventajas- Banda transportadora

VentajasDesventajas

Econmicas Fcil de implementar Fcil de conseguir Vibracin La traccin sobre la superficie puede no ser suficiente Se necesitan sensores de posicin para saber dnde est la pieza

8.3 SISTEMA DE ENDEREZADOEn esta etapa, se realizar una correccin (si es que se requiere) en busca de eliminar la deflexin en la superficie de contacto. Como se explic anteriormente, sta etapa es retroalimentada por el sistema de visin, que determinar en que rea de la superficie existe o no deflexin. Por lo que el sistema requiere que se cumpla con las premisas 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11.

Se busca que sea econmico porque como ya se mencion el sistema de correccin es de costo elevado. Al mismo tiempo tiene que tener un largo tiempo de vida pero que se le puedan hacer modificaciones ya sea para su mejora o por requerimiento de otros procesos.Como desde un principio se especific tiene que estar automatizado para estar a la par de la produccin de la planta y aumentar la calidad. Tiene que ser preciso para poder corregir completamente los errores. El operario tiene que poder manejar ste proceso para verificar que se est cumpliendo lo requerido. Este sistema debe ser compatible con el sistema de visin para recibir los datos necesarios.

Se proponen varias premisas de diseo para efectuar la correccin. Se debe tomar en cuenta que el proceso de inspeccin, correccin y monitoreo debe consumir un tiempo menor al actual.

8.3.1. PRENSA HIDRULICA

Dentro de la prensa tenemos dos opciones, podemos usar una Prensa Hidrulica o una Prensa Mecnica.Una prensa hidrulica es un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferente rea que, mediante pequeas fuerzas, permite obtener otras mayores. Los pistones son llamados pistones de agua, ya que son hidrulicos. Estos hacen funcionar conjuntamente a las prensas hidrulicas por medio de motores [9].Durante los ltimos 30 aos, ha habido un crecimiento en el uso de prensas hidrulicas.Por muchos aos se favoreca el uso de prensas mecnicas; la cual usa el sistema de un cigeal que rueda rota.Tabla 18. Ventajas del uso de la prensa hidrulica sobre la mecnica

LA FUERZA TOTAL POR TODA LA CARRERA - Es posible mantener el total de la fuerza por lo largo de la carrera, no solamente al fondo o el final de la carrera como en las prensas mecnicas.

MENOS EL COSTO DE COMPRA - Por su potencia de fuerza no hay ninguna mquina que de la misma fuerza por el mismo precio

MENOS COSTO DE MANTENIMIENTO- Las prensas hidrulicas son bastantes sencillas en su diseo, con pocas partes en movimiento y estn siempre lubricadas con un fluido de aceite bajo presin. En las pocas ocasiones de avera casi siempre son defectos menores.

SEGURIDAD DE SOBRECARGA INCLUIDO - Con una prensa de 100 toneladas si se calibra una fuerza de 100 toneladas, no se corre el riesgo de romper troqueles o la misma prensa por un excedente de fuerza; porque al tener el mximo de fuerza permitida, se abre una vlvula de seguridad.

MAYOR FLEXIBILIDAD EN CONTROL. Y VERSATILIDAD una prensa hidrulica puede hacer trabajos en ancho rango segn su fuerza. Entre ellos son: el embutido profundo, reduccin, el formado, el estampado, el prensado, el ensamble ajustado, el enderezo.

MS COMPACTAS: Una prensa es efectivamente con 10 veces la capacidad pero solo un poco ms grande; la prensa ms grande desplaza solo 50% ms.

MENOS GASTOS EN HERRAMIENTAS: Se puede fabricar las herramientas segn las tolerancias de un trabajo especificado, luego ajustar la fuerza de la prensa hidrulica segn sta misma. El hecho de lo mnimo de choque y de vibracin les beneficia en ms vida en las herramientas.

MENOS RUIDO:Con menos partes movibles, y sin rueda volante, el nivel de ruido iniciado por la prensa hidrulica es mucho menos que la mecnica.

LA SEGURIDAD:Las dos clases son si se instalan se usan en la manera apropiada, pero con los controles a dos manos y los protectores enlazados, es ms fcil fabricarlas con ms seguridad por el hecho del control completo con el sistema hidrulico.

Tabla 19. Equipo para prensa hidrulica

EtapaEquipo

rea de Correccin

Prensa hidrulica

En la Fig.40 y Fig.41 se muestra en funcionamiento del sistema. El tonelaje requerido es de 17,000 kg (ver anexo C).

Fig. 40. Esquema del sistema con Prensa Hidrulica

Fig. 41. Esquema del sistema con Prensa Hidrulica 2

Tabla 20. Ventajas y desventajas Prensa Hidrulica

VentajasDesventajas

Flexibilidad en el tonelaje a utilizar dependiendo de la fuerza requerida de enderezado. El control del sistema es flexible, ya que se puede hacer uso de microcontroladores, PLC o de algn otro dispositivo de control. El enderezado es rpido a comparacin de los dems sistemas Su uso es seguro No ataca las pequeas deflexiones Por las dimensiones que la empresa maneja se requiere que la prensa sea grande. Por el punto anterior, sera muy costosa a menos que se usa la prensa mecnica con la que ya cuenta la empresa

Tabla 21. Premisas que cumple el sistema de Prensa Hidrulica

Rpido

Lineal

Automatizado

Confiable

Preciso

Compatibilidad

8.3.2. PRENSA MECNICALa ventaja de la prensa mecnica es que la empresa ya cuenta con sta actualmente. Solo sera agregarle el sistema de alimentacin y de inspeccin para automatizar el proceso. La Fig.42 muestra como sera el sistema de prensa mecnica, usando el sistema de bandas como alimentacin.

Fig. 42. Simulacin del sistema con prensa mecnica y bandas

Tabla 22. Equipo para prensa mecnica

EtapaEquipo

rea de Correccin La empresa ya cuenta con la prensa

8.3.3 PRENSADO CON RODILLOSEn comparacin con otros mtodos, el enderezado por cilindros es un procedimiento rpido y sencillo de obtener piezas planas, lminas o bandas con una mayor precisin.Los cilindros enderezadores disponen de un apoyo ptimo y presentan una pequea distancia entre s. Esto hace que, en combinacin con pequeos dimetros de cilindros, se puedan eliminar varias tensiones de la pieza de lmina en una pasada.El diseo de la mquina depende de los materiales que debe enderezarse. Los parmetros clave de una mquina enderezadora incluyen el dimetro, el paso y el nmero de rodillos de enderezado. Por norma general: Cuanto ms pequeos sean el paso y el dimetro de los cilindros enderezadores, mejor ser el resultado. Es muy importante que los rodillos de enderezado tengan suficiente apoyo para evitar la flexin. Para soportar la produccin diaria, la mquina enderezadora debe estar equipada con un cambio rpido de rodillos. Esto permite un cambio ms fcil y una limpieza a fondo del grupo de enderezado. Saliendo del sistema de visin, el panel pasara segn sea necesario, al sistema de enderezado. Para este sistema se tiene planeado usar un sistema de rodillos los cuales someten a presin el panel corrigiendo las deflexiones que sufra dicho panel tal como se muestra en la Fig. 43.

Fig. 43 Vista lateralEl sistema de enderezado recibir la pieza despus de pasar por el sistema de visin. En el sistema de visin se determinara si la pieza necesita ser enderezada o no. De ser necesario el panel pasara al sistema de enderezado. Para el movimiento del panel a travs del sistema de enderezado se usaran los mismos rodillos de enderezado. Una vez que los rodillos ejercieron presin para enderezar el panel. Los rodillos superiores se elevan, y los rodillos inferiores empiezan a girar, de este modo la pieza avanzara.

Fig. 44. Sistema de Enderezado por rodillosEn el enderezado con cilindros, una chapa pasa por varias curvaturas alternantes consecutivas. Los cilindros enderezadores han sido dispuestos de forma escalonada desde la entrada hasta la salida de la mquina. Gracias a ello, un cilindro siempre se sumerge entre los dos cilindros enderezadores opuestos. En los primeros cilindros enderezadores, las curvaturas alternantes son muy fuertes y stas se van debilitando conforme se acercan a la salida de la mquina [9].

Tabla 23. Premisas que cumple el sistema de Rodillos

Rpido

Lineal

Econmico

Flexible

Automatizado

Confiable

Preciso

Controlable

Compatibilidad

Manejo sencillo

Tabla 24. Ventajas y desventajas Sistema de Rodillos

VentajasDesventajas

Mayor rea de Contacto. Cargas Continuas. No requiere otro sistema de movimiento dentro del sistema de enderezado. Se tiene la ventaja de poder posicionar los actuadores para corregir la deflexin en sus dos direcciones (cncava hacia arriba y cncava hacia abajo). Flexibilidad en el tonelaje a utilizar dependiendo de la fuerza requerida de enderezado. El control del sistema es flexible, ya que se puede hacer uso de microcontroladores, PLC o de algn otro dispositivo de control. La posibilidad de utilizar actuadores elctricos, neumticos o hidrulicos. Construccin de una estructura metlica para el enderezado. Menor superficie de contacto que otros sistemas.

Tabla 25. Equipo para Sistema de Rodillos

ETAPAEquipo

Correccin

Rodillos con acero anti-desgaste. Pistones con servo-retroalimentacin Controlador de pistones Electrovlvulas PLC Siemens 1200 Sensores inductivos Actuadores

8.3.4 SISTEMA DE ENDEREZADO CON ACTUADORES LINEALESComo tercera alternativa de correccin, se propone un sistema de enderezado con actuadores lineales (fig. 42). Este sistema consiste en utilizar el principio de la prensa hidrulica utilizando actuadores lineales que cumplan con la funcin de enderezar. Los actuadores tienen una ubicacin para eliminar la deflexin cncava hacia arriba y cncava hacia abajo, como en el sistema de rodillos.

Fig. 42 Sistema de actuadores lineales para enderezado.

Tabla 26. Premisas Que cumple el sistema

Rpido

Lineal

Flexible

Automatizado

Confiable

Preciso

Controlable

Compatibilidad

Tabla 27. Ventajas y desventajas sistema de Actuadores Lineales

VentajasDesventajas

El sistema de actuadores lineales realiza la misma accin correctiva que una prensa hidrulica a menor costo. Se tiene la ventaja de poder posicionar los actuadores para corregir la deflexin en sus dos direcciones (cncava hacia arriba y cncava hacia abajo). Flexibilidad en el tonelaje a utilizar dependiendo de la fuerza requerida de enderezado. El control del sistema es flexible, ya que se puede hacer uso de microcontroladores, PLC o de algn otro dispositivo de control. La posibilidad de utilizar actuadores elctricos, neumticos o hidrulicos. Construccin de una estructura metlica para el enderezado. Balanceo de la fuerza de aplicacin del actuador. Necesita un sistema de movimiento dentro del sistema de enderezado.

Tabla 28. Equipo para sistema de enderezado por Actuadores Lineales

EtapaEquipo

Correccin

Placas para prensado Pistones con servo-retroalimentacin Controlador de pistones Electrovlvulas PLC Siemens 1200 Sensores inductivos

Bibliografa:1. http://www.meccano.com.mx/site/index_esp.htm2. Shapiro, L. G,, Stockman, George C. Computer Vision. Prentice, Hall 2001, New Jersey, USA.3. Billingsley, J., Mechatronics and Machine Vision. Researching Studies Press LTD, 20004. Bolton, W., Mecatrnica: Sistemas de Control Electrnico e Ingeniera Mecnica y Elctrica, 2da Edicin, Alfomega Grupo Editor S.A de C.V., Mxico.5. Escalera, A., Visin por computador Fundamentos y Mtodos, Prentice Hall, Espaa.6. Wallace, A.M. Industrial Applications of Computer Vision 1982. Computers and Digital Techniques, IEE Proceedings E, 1988; Vol. 135, No. 3, pp. 117-136. 7. Bebis, G., Egbert, D., Shah, M. Review of computer vision education. Education, IEEE Transactions on, 2003; Vol. 46, No. 1, pp. 2-21. 8. Pridmore, T.P. ; Hales, W.M.M. Understanding images: an approach to the university teaching of computer vision. Engineering Science and Education Journal, 1995; Vol. 4, No. 4, pp. 161-166. 9. Appold, H., Tecnologas de los metales para profesiones tcnico-mecnicas. Reverte,1994.