RoboPLAST

Framework para sistemas robóticos de identificação, recolha e armazenamento automático de peças poliméricas injetadas baseado em visão por computador

Enquadramento

A indústria está na iminência de uma 4ª revolução industrial que irá alterar a forma como se pensam e executam os processos industriais. Neste contexto, uma das maiores revoluções é a informatização, monitorização e controlo do todos os elementos constituintes de um processo industrial, desde a entrada da matéria prima até ao produto acabado. Esta digitalização permitirá monitorizar alterações (p.e. defeitos, encravamentos, ruídos) nos produtos ou equipamentos em tempo-real, e se necessário intervir alterando as configurações dos equipamentos. Simultaneamente, a informatização dos sistemas permitirá também maximizar e flexibilizar as linhas produtivas mantendo sempre altos padrões de qualidade e produtividade.

Nesta conjunção a visão industrial tem um papel preponderante no movimento “Indústria 4.0”, quer no controlo de acessos, na segurança ativa de pessoas ou no controlo de qualidade dos produtos devido ao elevado número dados e características que consegue detetar (p.e. texturas, cores, dimensões, riscos).

Combinando a visão artificial com outros subsistemas é possível implementar sistemas mais avançados, inteligentes e simultaneamente flexíveis para garantir a deteção de defeitos de forma rápida e eficaz em produtos de baixo ou elevada complexidade.

Contudo, um sistema de visão artificial é normalmente desenvolvido e parametrizado para uma única aplicação sendo difícil a sua adaptação para novos produtos de forma rápida e simples. No movimento “Indústria 4.0” este é um grande obstáculo com impacto ainda maior quando aliado a processos produtivos de séries reduzidas, resultando em elevados tempos de paragem e setup. Assim, a otimização destas unidades produtivas é apenas conseguida através da fusão sensorial de múltiplos sistemas inteligentes e com a aquisição e comunicação de informação em larga escala. Para tal, uma das soluções na “Indústria 4.0” é a integração de sistema de visão artificial aliados à automatização e robotização dos processos com o objetivo de desenvolver soluções simultaneamente inteligentes e flexíveis, com a mínima intervenção dos operadores.

Objetivos

Com este novo paradigma presente foi desenvolvida uma framework que possibilita a identificação e avaliação de peças, produzidas por máquinas de injeção de plástico, para ações preventivas e/ou de colocação automática das mesmas, através de sistemas robóticos ou outros sistemas automatizados.

 

Especificação conceptual e respetiva solução tecnológica

A Framework desenvolvida apresenta a organização representada na figura 1. Mais concretamente é composta por uma aplicação baseada em PC, desenvolvida em C#, que possibilita uma fácil configuração para a identificação de diferentes defeitos em peças, através técnicas de processamento e análise de imagem. Esta suporta até 5 câmaras e possibilita a aquisição contínua ou assíncrona de imagens para análise. O resultado da análise de imagem pode ser transmitido para diferentes tipos de plataformas.

Para tal, a Framework incorpora diferentes API’s (Application Programming Interface) de comunicação, nomeadamente para comunicação com: o robô industrial Kuka KRC4; controladores lógicos programáveis da Omron com protocolo HostLink; e sistemas embebidos. É composta por protocolos de comunicação proprietários suportados por uma de duas camadas físicas, o protocolo RS232 ou o protocolo TCP/IP.

Aplicações da solução tecnológica desenvolvida

A avaliação e aplicação da Framework foi concretizada em duas necessidades identificadas pela LUCEMPLAST: (1) na inspeção de peças, extraídas através do sistema robótico,da máquina de injeção – INSPECT 1; e, (2) na avaliação funcional de um conjunto porca-parafuso – INSPECT 2.

(1) INSPECT 1 – Inspeção e Paletização

A empresa LUCEMPLAST dispõe de um conjunto de máquinas de injeção de plásticos com sistema de extração robotizados. Este sistema recolhe através do seu gripper um conjunto de até 9 peças produzidas em simultâneo do molde. Depois de extrair as peças, remove as guias de suporte para o desperdício e as peças para um tapete rolante. Cada conjunto de peças é depois colocado manualmente por um operador num tabuleiro para posteriormente serem pintadas. Cada tabuleiro de pintura leva até 6 conjuntos de peças.

Dado que as peças vão para a pintura, todo contato com a peça deve ser evitado, devendo as mesmas ser protegidas de qualquer fonte de contaminação (p.e. gordura). O que nem sempre é possível de salvaguardar com o contato promovido pelo operador. Outro aspecto a ter em consideração está relacionado com a necessidade de limpeza do molde. As elevadas taxas de produção promovem o depósito de resíduos no molde, o que cria defeitos nas peças produzidas. Ambos os pontos devem ser corretamente avaliados, sendo tal procedimento realizado manualmente, o que pode resultar em falhas que levam a atrasados indesejados na produção.

Para ultrapassar esta limitação foi desenvolvido um sistema automático de inspeção suportado por um sistema robótico de “pick and place”. A visão global do sistema é apresentada na figura 2.

O controlo de todo o processo é gerido pela aplicação INSPECT 1, que se encontra a correr no PC, através da seguinte sequência de ações (figura 3):

  • O robô extrator deposita as peças no tabuleiro de receção das peças e ativa uma entrada do sistema embebido ligado à aplicação RoboPlast – INSPECT 1;
  • A aplicação RoboPlast – INSPECT 1, no seu modo automático, quando recebe este comando dá indicação ao robô pick and place para pegar numa peça do tabuleiro de receção e levar a peça para o módulo de inspeção;
  • Quando o robô coloca a peça no centro do tabuleiro de inspeção é enviado uma mensagem por este à aplicação RoboPlast – INSPECT 1;
  • A aplicação recolhe 5 imagens da peça e realiza a validação de todos elementos de avaliação da peça.
  • Se o resultado da avaliação for positivo, o robô vai colocar a peça no tabuleiro de pintura e repete o processo para as restantes peças presentes no tabuleiro de receção. Se o resultado da avaliação for negativo a aplicação lança um alerta e manda através do sistema embebido parar a produção.
  • Quando o tabuleiro de pintura tiver completado 6 conjuntos a aplicação envia através do seu sistema embebido um comando de pedido de novo tabuleiro e reinicia o posicionamento dos conjuntos.

(1) INSPECT 2 – Avaliação Funcional

A empresa LUCEMPLAST dispõe de um sistema automático para avaliação funcional do aparafusamento de um conjunto porca-parafuso. Esta máquina avalia o torque de aparafusamento e ângulo no processo de aparafusamento. A avaliação funcional do conjunto deverá inspecionar todos os conjuntos produzidos. Contudo a máquina atual apresenta algumas limitações que promovem falsos positivos. O que está a promover alguns problemas na classificação funcional do conjunto. Nesse sentido, e para reforçar o sistema de inspeção, foi desenvolvida uma aplicação a partir da Framework criada que funciona como elemento supervisor com ação correctiva em tempo real (figura 4) – INSPECT 2.

A interface com o utilizador disponibiliza as mesmas funcionalidades da Framework para a criação de templates e definição do programa peça. O modo automático estabelece uma ligação RS232 com o sistema embebido. Este fica a aguardar uma interrupção promovida por uma das suas entradas por auto-acoplador. Quando a interrupção é ativada é enviado um comando à aplicação, que adquire uma imagem e valida o nível de similaridade com do conjunto com a imagem de template previamente definida e guardada em memória. Após a avaliação do conjunto é devolvido ao sistema embebido um comando com o resultado OK ou NG. Este, em função do resultado, ativa ou não, uma saída a relé, inspeccionando assim a peça.

Coordenação do Projeto

João L. Vilaça – 2Ai – IPCA

João Martins – LUCEMPLAST

 

 

Entidades