Tesís - Informe - Chávez Arquiñigo & Cruz Melgarejo

 

Electrónica y Automatización Industrial VI Ciclo TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL

“ Diseño

e Implementación de de una Maquina Expulsadora Expulsadora de limones

defectuosos aplicando Procesamiento de Imágenes a través del  software LabView” 

Integrantes del Equipo: 

CHAVEZ ARQUIÑIGO, Joaquín Francisco (C)



CRUZ MELGAREJO, Eddy Marcial (B)

Asesor: Armando Sarco Montiel.

Sección: C15 –   66 –  B,  B, C

Fecha de entrega: 03 de Diciembre  

2013-II 

 

INDICE 1. PLAN PLANEAMI EAMIENTO ENTO Y DELI DELIMITA MITACIÓN CIÓN DEL TEMA ..... .......... .......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... ........ ... 3 1.1.

Formulación del problema .......................................... ................................................................ ............................................ ........................... ..... 3

1.2. 1.3.

Importancia y Justificación del estudio ............................................ ................................................................... ........................... .... 6 Delimitación del estudio ......................................... ............................................................... ............................................. ............................... ........ 8

2. DELI DELIMITA MITACIÓN CIÓN DE OBJET OBJETIVOS IVOS ........ ............. .......... ......... ......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... .... 9 2.1.

Objetivo General.......................................... ................................................................. ............................................. ......................................... ................... 9

2.2.

Objetivos Específicos .......................................... ............................................................... ............................................ ................................... ............ 9

3. MARC MARCO O TEÓRI TEÓRICO CO REFE REFERENCI RENCIAL AL ..... .......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ..... 10 3.1.

Estructura teórica que sustenta el estudio estudio ......................................... ............................................................... ......................... ... 10

3.1.1.

ENTORNO IMAQ VISION EN LABVIEW ........................................... ........................................................ ............. 10

3.1.1.1.

LABVIEW .................... ........................................... .............................................. ............................................. ....................................... ................. 10

3.1.1.2. 3.1.1.3.

Entorno .......................................... ............................................................... ............................................ .............................................. ........................... 10 NI VISION .................... ........................................... .............................................. ............................................. ....................................... ................. 12

3.1.1.4.

VISION AND MOTION...................... ............................................ ............................................. ........................................ ................. 12

3.1.1.5.

VISION UTILITIES ........................................... ................................................................. ............................................ ......................... ... 12

3.1.1.6.

MACHINE VISION ...................... ............................................ ............................................ ............................................ ......................... ... 13

3.1.1.7.

ADMINISTRACIÓN DEL BUFFER DE LA MEMORIA ..................... ............................... .......... 13

3.1.1.7.1. IMAQ CREATE .................... ........................................... ............................................. ............................................ ................................ .......... 14 3.1.1.7.2. IMAQ DISPOSE .......................................... ............................................................... ............................................ ................................. .......... 15 3.2.

Metodología de Estudio .......................................... ................................................................. ............................................. ............................ ...... 16

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1. PLAN PLANEAMI EAMIENT ENTO O Y DELIMI DELIMITAC TACIÓN IÓN DEL DEL TEMA TEMA 1.1. Formulación del problema La calidad de un producto es el conjunto de propiedades y características de un este que le confieren capacidad de satisfacer necesidades, gustos y preferencias, y de cumplir con expectativas en el consumidor. Tales propiedades o características podrían estar referidas a los insumos utilizados, el diseño, la presentación, la estética, la conservación, la durabilidad, el servicio de postventa, etc. Esto se logra desarrollando un control respecto a las características de un producto de calidad, con lo cual podemos mencionar de qué el control de calidad son los mecanismos, acciones y herramientas que se realizan para detectar la presencia de errores. Esta función de control existe en las especificaciones establecidas por la ing ingeniería eniería del producto del  producto ,  para que la producción alcance estas especificaciones. Como tal, la función consiste en la recolección y análisis de grandes cantidades de datos que después se presentan a diferentes departamentos para iniciar una acción correctiva adecuada. Existen estándares que determinan si el producto y el proceso cumplen con los límites de calidad diseñados para ese específicamente. Todo producto que no cumpla las características mínimas para decir que es correcto, son eliminados. Para controlar la calidad de un producto un  producto se realizan inspecciones o pruebas de muestreo para verificar que las características del mismo sean óptimas. Algunas industrias no poseen sus sistemas automatizados lo cual causa error en ciertos  procesos los cuales son cometidos por por parte de los operarios, ya que lo realizan manua manualmente, lmente,  para ello es necesario necesario implementar implementar un sistema au automatizado. tomatizado. Las industrias que se dedican a la fabricación fabricación productos alimentic alimenticios ios necesitan aplicar normas y estándares de calidad, ya que sus productos deben ser lo más confiables, para ello la mejor entapa donde se debe aplicar un control riguroso es en la primera parte, en la clasificación de materia prima con con las cuales cuales inicia el proceso, estas estas deben ser previamente seleccionadas y clasificadas para determinar su estado para así cumplir con los estándares y obtener productos de calidad, calidad, con lo mencionado mencionado se identifica que existe el problema de cómo cómo determinar el buen estado de los insumos utilizados a partir de sus características físicas, como el color, tamaño y forma para así tener el control control en la calidad de los productos. productos. Como por ejemplo la Industria que elabora “papas crips”, tienen como insumo fundamental al tubérculo

de la papa a la cual se aplican sistemas de control para la elección de las mejores papas y así 3

 

obtener productos de calidad, otro ejemplo son las industrias que se dedican a hacer productos como bebidas cítricas, salsa mayonesa, etc. que utilizan como uno de sus insumos al limón y se eligen a los mejores para obtener un mejor producto.

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 .   a   w   a    k    i    h   s    I  .    1   a   r   u   g    i    F

 

1.2. Importancia y Justificación del estudio La calidad de los productos productos y procesos como antes mencionado mencionado es ddee suma importancia crítica en el mundo de los negocios e industrial porque ayuda a garantizar la satisfacción del cliente y mejora la percepción de una marca de la organización. La calidad de los productos  proporciona una ventaja ventaja competitiva competitiva muy importante y es un requisito indispensable indispensable para hacer hacer negocios con algunos clientes. Según la Organización Internacional de Estandarización (ISO), la gestión de la calidad es el proceso que una organización sigue para cumplir con los requerimientos de calidad de sus clientes, mejorar la satisfacción de los mismos y cumplir con las regulaciones relevantes, relevantes, esto se especifica especifica en las normas ISO 9001. 9001. El control de calidad se aplica por el gusto del cliente que desea obtener un producto que cumpla sus expectativas los cuales están detallados en la gráfica inferior.

Figura 2. Satisfacción del Cliente. Según la gráfica se puede observar los aspectos que el cliente busca de un producto,  basaremos nuestro nuestro estudio en el criterio de la fiabilidad, fiabilidad, ya que que al aplicar control de calidad a los insumos que intervienen el producto se genera la confianza y preferencia en el consumidor. La importancia de realizar una solución para el problema identificado es primordial ya que para obtener productos productos finales de buena calidad calidad se debe utilizar y emplear emplear insumos que cumplan los estándares establecidos, con lo cual se sustenta la importancia de desarrollar sistemas que detecten la materia prima en buen estado para así expulsar las que no cumplan los requisitos. La calidad no es la única ventaja que se logra logra al aplicar automatización en las diversas etapas de un proceso además se obtiene una mayor producción, ya que el sistema se diseña para obtener una mayor velocidad de ejecución del trabajo respecto a un operario cuando realiza la misma tarea. Además otra de las ventajas es la de ahorro en los costos, a pesar de que al 6

 

momento de adquirir dicho sistema se realice una inversión de monto considerable luego de unos periodos se logrará recuperar la inversión y luego generará una ganancia, ya que se evitaría seguir teniendo contratado un operario al cual se le debe de pagar un sueldo constantemente. Estas son una las ventajas por la cual es necesaria la implementación de un sistema de este tipo  para mejorar la calidad de los productos, productos, aumentar la producción producción y obtener mayores ganancias ganancias a partir de la reducción de costos. Al aplicar un sistema de control de calidad en las industrias se logrará una mejora en la  productividad, trazabilidad, clientes, precios y además una disminución de los costos esto es muy importante porque favorece notablemente la situación financiera y de producción.

Figura 3. Calidad.

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1.3. Delimitación del estudio Este estudio está realizado solo con el proceso de selección de los limones que cumplan los estándares de calidad, para ello se diseñara e implementar un sistema el cual está conformado por unas canaletas que desplazaran los limones en dirección horizontal con una inclinación de 30° grados los cuales se desplazaran de manera ordenada y caerán a un precipicio en caída libre, en aquel aquel instante una una cámara de alta velocidad velocidad captara el movimiento que realizan los limones y basándose a un un patrón realizara una comparación con el limón patrón, y con una tolerancia tomara la decisión de si es aceptado o en lo contrario rechazado, luego de tomar esta decisión el sistema ordenara al elemento final de control que será un válvula la cual disparará un cierto “chorro” de aire con lo cual expulsara a lo s

limones que no cumplan los estándares mínimos, esto será posible a través de una señal que se envía del algoritmo del software Lab-View a un PLC a través de OPC server y luego al actuador. El estudio se centrara en la precisión en comparar los limones con la imagen i magen del limón

 patrón esto se hace posible con los algoritmos algoritmos que se ejecuten en en el software y en la precisión de expulsarlos en plena caída libre, a través del “chorro” de aire.  



  Se implementara un sistema de selección de limones a través de visión artificial

utilizando el software Lab-View. 

  Se diseñará un algoritmo para la identificación de los limones y a la l a vez la expulsión de

estos mandando una señal al PLC y este al actuador. 

  Se implementara una etapa de expulsión de los limones que no cumplan las características deseadas mediante “chorros” de aire. 

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2.  DELIMITACIÓN DE OBJETIVOS 2.1. Objetivo General 

  Diseñar e implementar implementar un sistema de de control de calidad para el proceso ddee

selección de limones. 2.2. Objetivos Específicos 

  Diseñar un algoritmo que realice la identificación de los limones en mal estado

a través de una cámara que capte su movimiento en plena caída libre de los limones. 

  Diseñar un actuador automatizado que expulse los limones con precisión que

sea capaz de hacerlo en plena caída libre de los limones. 

  Implementar el sistema en una maqueta a escala para la demostración el

 proyecto.

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3.  MARCO TEÓRICO REFERENCIAL 3.1. Estructura teórica que sustenta el estudio 3.1.1.  ENTORNO IMAQ VISION EN LABVIEW 3.1.1.1.  LABVIEW LabView es el acrónimo de Laboratory Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbech. Workbech. Es un lenguaje de programación gráfica en el que se pueden crear aplicaciones de una forma rápida y sencilla, su logo se muestra en la figura.

Figura 4. Logo de LabView LabView posee un ambiente de desarrollo gráfico dinámico, con funciones integradas para realizar adquisición de datos, control de instrumentos, análisis de mediciones, presentaciones de datos entre otras.

A diferencia de los lenguajes de propósito general, LabView provee funcionalidad específica  para que pueda pueda acelerar el desarrollo desarrollo de aplicaciones aplicaciones de medición, control y automatización. 3.1.1.2.  Entorno El usuario interactúa a través de dos pantallas principales: El Panel frontal y el diagrama de  bloques. El panel frontal es la parte que ve el usuario, suele tener un fondo gris. Como se aprecia en la figura, contiene entradas y salidas. Los datos pueden ser introducidos a través del teclado o el mouse gracias al uso de controles, interrupciones, etc. y los resultados mostrados en la pantalla a través de gráficos, leds, tanques, t anques, indicad indicadores, ores, entre otros.

Figura 5. Panel Frontal. 10

 

La ventana del diagrama de bloques es donde se realiza la programación y suele tener fondo  blanco, aquí se ubican los objetos que en conjunto componen la programación grafica que emplea LabView, dejando atrás la programación tradicional que utiliza líneas de texto de código como se aprecia en la figura.

Figura 6. Diagrama de Bloques. En la parte superior de estas ventanas se sitúa una barra con varias herramientas. En el Diagrama de bloques esta barra tiene algunas opciones como se aprecia en la figura.

Figura 7. Paleta principal del diagrama de bloques. El primer grupo de herramientas sirve para controlar la ejecución de un programa en LabView. El segundo grupo ayuda a la depuración. El tercer grupo se utiliza para alinear, distribuir, controlar el tamaño, agrupar y ordenar objetos con el fin de llevar un orden y mejorar la visualización.

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3.1.1.3.   NI VISION Bastante útil para el análisis y el procesamiento de imágenes, contiene una librería con más de 400 Vi’s. Posee una biblioteca de poderosas funciones para el procesamiento de visión y el Vision Assistant, un entorno interactivo para desarrolladores que necesitan generar rápidamente  prototipos para aplicaciones aplicaciones o que necesitan inspección fuera fuera de línea IMAQ VISION de LabView requiere usar las librerías de NI-IMAQ para Cámaras USB las mismas que se explican en líneas posteriores en este capítulo. 3.1.1.4.  VISION AND MOTION Proporciona paquetes que posibilitan la combinación de la visión artificial y la tecnología de control de movimiento, a continuación en la figura se muestra el menú de Visión y Movimiento.

Figura 8. Menú de Funciones VISION AND MOTION. 3.1.1.5.  VISION UTILITIES Permite crear y manipular imágenes extraídas desde archivos, o directamente de una webcam, establecer las regiones de interés, calibración de imágenes, entre otras; en la figura se muestra el menú que proporciona este paquete.

Figura 9. Menú VISION UTILITIES. 12

 

3.1.1.6.  MACHINE VISION Permite realizar trabajos de inspección i nspección de visión de máquina comunes, incluyendo la presencia o la ausencia de partes en una imagen, medir dimensiones, localización de bordes, busca de  patrones, selección selección de regiones, regiones, clasificación, etc. etc.

Figura 10. Menú MACHINE VISION.

3.1.1.7.  ADMINISTRACIÓN DEL BUFFER DE LA MEMORIA En el menú de la ventana Vision Utilities, está la paleta de funciones de Image Managment, sirve para crear, eliminar, adquirir, leer, modificar atributos de una imagen y crear copias de las l as mismas. La figura muestra las diferentes funciones necesarias necesarias para la administración de la imagen.

Figura 11. Menú Image Managment. 13

 

3.1.1.7.1. 

IMAQ CREATE

Se muestra en la figura, permite crear una posición de memoria temporal para una imagen. Este Vi se utiliza siempre con el IMAQ DISPOSE.

Figura 12. IMAQ CREATE. Dónde:  El Tamaño de Borde (Border (Border Size): define el tamaño, en pixeles, del borde a crear alrededor de

una imagen. Se determina desde el inicio si una imagen va a ser procesada posteriormente usando las funciones que requieren uso de bordes; los bordes de una imagen nunca son mostrados o almacenados en un archivo. En la figura se muestra dos imágenes de 8x6 pixeles,

en la primera con borde 0 y la segunda con borde 2.

Figura 13. Borde de una Imagen.  El Nombre de la imagen (Image Name): Name): es el nombre que tiene la imagen creada. Cada imagen

tener un nombre que no se repita.  Error de entrada (error in): especifica el estado de error antes de  El Tipo de Imagen (Image Type):

ejecutar el VI o función.

establece el tipo de imagen a procesar, puede ser: escala de

grises, compleja, de color, etc.

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 Imagen nueva (New Image):

es la salida de la imagen que es utilizada como referencia para

otras funciones de NI Visión. Múltiples imágenes pueden ser creadas en una aplicación de LabView. 3.1.1.7.2. 

IMAQ DISPOSE

Destruye la imagen creada con el IMAQ CREATE y libera el espacio de memoria RAM ocupado por esta. Varias imágenes distintas pueden ser utilizadas. Este Vi se visualiza en la figura.

Figura 14. IMAQ DISPOSE. Todas las imágenes (All Images):

determina si se elimina una imagen o todas las asociadas

 previamente con este VI dependiendo dependiendo si es falsa o verdadera.  Imagen (Image): Especifica la referencia o nombre de la imagen a destruir.

 Error de salida (error Out): genera información del error después de ejecutar el VI.

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3.2. Metodología de Estudio

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Identificar el Problema y el Objetivo En primer lugar definimos el problema, posteriormente mediante la herramienta de Ishikawa  podemos identificar las las posibles causas causas que provocan este este problema.

Posibles Soluciones del Problema Identificado Mediante una lluvia de ideas se propones posibles soluciones a este problema.

Especificar los Requerimientos Se definirán que es lo que se quiere obtener.

Evaluación y Estudio de cada una de las l as Alternativas Propuestas Con los requerimientos establecidos se procede a hacer una evaluación y ponderación de las soluciones.

Selección de la Alternativa Se elige la mejor alternativa la cual cumplirá con la mayoría o totalidad de los requerimientos.

Posteriormente se realizaran pruebas en simuladores u otros tipos ti pos para observar si cumple con lo establecido.

Implementación de un Prototipo Una vez pasada la prueba de simulaciones se implementara un prototipo de la solución y será  probada en tiempo real, de la cual ssee tomara datos y verificara si cumple con con lo dicho.

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