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Antes de que la fundición pueda entregar carcasas de embrague de aluminio de 40 libras a su cliente, debe cortar los bebederos y eliminar las rebabas. Anteriormente, un operario cargaba las piezas fundidas en una máquina que cortaba el esprúe y un segundo operario sujetaba las piezas mientras otro cortador eliminaba las rebabas. Odyssey Machine Company de Bowling Green, Ohio, desarrolló una aplicación robótica guiada por visión que elimina ambas tareas difíciles y potencialmente peligrosas. Un sistema de visión artificial identifica cuál de las ocho piezas diferentes se encuentra en la banda transportadora de alimentación y la ubicación de esa pieza. Luego, el robot recoge la pieza y la carga en la sierra de esprue de tres etapas. A continuación, el robot toma la pieza de la sierra y la mueve alrededor de un cortador de alta velocidad en un accesorio secundario para eliminar la rebaba.
Desafíos de automatización de fundición
Algunos de los trabajos más difíciles, sucios y peligrosos se encuentran en las fundiciones, pero estas han sido relativamente lentas para adoptar la automatización. Una razón es que a menudo fabrican una variedad de piezas, lo que aumenta la dificultad de implementar la automatización. Otra razón es que las piezas típicamente salen del proceso de fundición con variaciones relativamente grandes en tamaño y geometría, lo que dificulta localizarlas utilizando métodos convencionales de automatización dura.
En esta aplicación en particular, las carcasas de embrague para camiones sobre la carretera están moldeadas en ocho variantes diferentes. Cada fundición tiene un esprue grande que debe retirarse y una pantalla de filtración de acero inoxidable incrustada en el esprue que debe separarse porque no puede volver a fundirse.
Esta aplicación habría sido difícil de automatizar con los sistemas tradicionales de visión artificial porque dependen del análisis de valores de red de píxeles, un proceso conocido como correlación. Este método localiza objetos comparando un modelo de nivel gris o una imagen de referencia del objeto con la imagen. Normalmente, cuando el objeto cambia de rotación o escala, el sistema de visión ya no puede detectar el objeto. Sin embargo, las innovaciones recientes en tecnología de visión han hecho posible que los robots automaticen las operaciones con mayores cantidades de variabilidad de las que podrían adaptarse en el pasado. Odyssey Machine Company trabajó con RAF Automation, un distribuidor de Cognex con sede en Solon, Ohio, para desarrollar un sistema de automatización flexible capaz de manejar variaciones en el tipo y la ubicación del recipiente. La clave del sistema de automatización es su capacidad de identificar inmediatamente el tipo de bandeja y definir su ubicación precisa en la banda transportadora de alimentación que lleva las piezas fundidas a la celda de trabajo de maquinado.
La tecnología de localización de objetos, clave para el éxito
Odyssey Machine Company y RAF Automation basaron su solución en la tecnología de software PatMax® de Cognex para una ubicación precisa de los objetos a pesar de los cambios en el ángulo, el tamaño y la apariencia del objeto. PatMax utiliza información geométrica en lugar de correlación basada en cuadrícula de píxeles mediante la aplicación de un proceso de medición geométrica de tres pasos a un objeto. PatMax primero identifica y aísla las características individuales clave dentro de una imagen de objeto y mide características como forma, dimensiones, ángulo, arcos y sombreado. Luego correlaciona las relaciones espaciales entre las características clave de la imagen entrenada con la imagen de tiempo de ejecución, que abarca tanto la distancia como el ángulo relativo. Al analizar la información geométrica tanto de las características como de las relaciones espaciales, PatMax es capaz de determinar precisa y repetidamente la posición del objeto sin tener en cuenta su ángulo, tamaño o apariencia.
La solución utilizó la cinta transportadora de alimentación de banda plana tradicional, que fue modificada por Odyssey para permitir que las piezas se movieran de manera consistente hacia la célula de visión. Las piezas fundidas se colocan con el esprue hacia abajo en la banda transportadora, lo que mantiene su posición del eje y (perpendicular a la dirección del recorrido de la banda transportadora) dentro de aproximadamente ½ pulgada. Cada una de las ocho fundiciones diferentes requiere diferentes programas de robots. El primer paso crítico es identificar el número de pieza de la siguiente fundición que desciende por la cinta transportadora en orden aleatorio. Odyssey Machine seleccionó el sistema de visión In-Sight de Cognex para esta tarea. "Elegimos la serie In-Sight primero y principalmente debido a la tecnología única de ubicación de objetos PatMax de Cognex", dijo LeRoux. "Además de PatMax, el sistema de visión In-Sight proporciona otras herramientas Cognex en el paquete más pequeño disponible, lo que lo hace ideal para montar en espacios muy reducidos".
Comunicación con el robot y el PLC
El robot utilizado en esta aplicación es un Fanuc S900W que el cliente había retirado previamente, pero fue reconstruido por Fanuc para esta aplicación. La celda de trabajo funciona bajo el control de un controlador lógico programable (PLC) de Allen-Bradley que está conectado al sistema de visión con un cable Ethernet. El firmware del sistema de visión Cognex contiene los protocolos necesarios para comunicarse con cada tipo popular de PLC, incluidos Allen-Bradley, Siemens, Mitsubishi y más. Este conjunto de comunicaciones se conoce como Cognex Connect y es una capacidad estándar para todos los sistemas de visión In-Sight. Este sistema de visión está conectado al control del robot RJ2 con entradas/salidas digitales para comunicarse con el controlador del robot. El sistema de visión visual envía la información de identificación de la pieza y la información de coordenadas de la pieza al PLC, que envía la información directamente al controlador del robot.
Los ingenieros de Odyssey Machine Company enseñaron al sistema de visión a reconocer cada pieza individual al tomar una imagen de referencia (almacenada en la memoria) de la pieza en la cinta transportadora. Cuando una pieza nueva desciende por la línea, un fotosensor del transportador estándar detecta la presencia de la pieza, detiene el transportador y activa el sistema de visión para capturar una imagen. El sistema In-Sight compara la información geométrica con las imágenes de referencia almacenadas en la memoria, selecciona el número de bandeja correcto y calibra la coincidencia con cada imagen como una puntuación porcentual. “Todavía no hemos visto una situación en la que el puntaje sea inferior al 95 % para la parte correcta o superior al 65 % para la parte incorrecta”, dijo LeRoux. El algoritmo PatMax también proporciona la ubicación de la pieza, que incluye las coordenadas del eje x y el eje y (en la dirección del recorrido de la banda transportadora) y el zeta, el ángulo de rotación en el plano x-y.
Calibración del robot y del sistema de visión
El sistema de coordenadas del robot debe sincronizarse con el sistema de visión, pero solo una vez, a menos que el transportador se mueva en relación con el sistema de visión. Los ingenieros de Odyssey Machine Company calibraron el sistema de coordenadas del robot colocando registros físicos en el transportador. Capturaron una imagen de los registros y el sistema de visión determinó las coordenadas de cada registro en su propio sistema de coordenadas. Luego, los ingenieros desplazaron el robot a cada registro físico y anotaron su posición en el sistema de coordenadas del robot. Luego determinaron el desplazamiento entre los dos sistemas de coordenadas y ajustaron el control del robot para que utilice el mismo sistema de coordenadas que el sistema In-Sight.
A continuación, el robot se mueve a la ubicación de la pieza, gira su muñeca al ángulo correcto y recoge la pieza. El robot coloca la pieza en un accesorio en una sierra lineal de tres etapas con cuchillas con punta de carburo. La primera etapa de la sierra corta el extremo del esprue justo debajo del filtro de acero inoxidable y deja caer el extremo cortado en un contenedor de desechos fundible. La segunda etapa corta el filtro de acero inoxidable y lo deja caer en un recipiente diferente del que se recupera el filtro. La tercera etapa corta el resto del esprue y también lo deja caer en el contenedor de desechos fundibles. La extracción del esprue deja un orificio en la pieza.
El proceso continúa a medida que el robot saca la pieza del accesorio, por el orificio, y la mueve al segundo accesorio en la celda de trabajo. Este accesorio utiliza un husillo neumático compatible de ATI Automation que impulsa una fresadora de extremo helicoidal de acero de alta velocidad a 30,000 rpm. El robot mueve la pieza alrededor del molino de extremo que elimina la rebaba. El cumplimiento radial del husillo compensa las diferencias en la cantidad de destello en cada pieza.
"La nueva celda de trabajo del robot ha automatizado con éxito lo que solía ser una tarea manual difícil con el peligro de lesiones por estrés repetitivo", concluyó LeRoux. "El sistema de visión In-Sight de Cognex identifica perfectamente el número de pieza y las coordenadas x, y y theta de la pieza. La celda de trabajo robótica elimina a dos de las tres personas que antes se requerían para operar la celda de trabajo. Al liberar a dos personas, el robot se paga a sí mismo rápidamente”.