UTEQ Firmado digitalmente por UTEQ Nombre de reconocimiento (DN): cn=UTEQ, o=UTEQ, ou=UTEQ, [email protected], c=MX Fecha: 2015.01.22 10:15:30 -06'00' UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO Nombre del proyecto: “INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE ROBOT CARTESIANO PARA MÁQUINAS INYECTORAS DE PLÁSTICO” Empresa: FOOD KEEPERS DE MÉXICO, S. de R.L. de C.V. Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de: TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MECATRÓNICA ÁREA AUTOMATIZACIÓN Presenta: LUNA RIVERA JOSÉ MIGUEL Asesor de la UTEQ Asesor de la Organización Ing. Tania Judith Ortiz Ortiz Ing. Ignacio Olvera Hernández Santiago de Querétaro, Qro. Enero del 2015 1 Resumen El Proyecto desarrollado en FOOD KEEPERS consistió en la instalación de treinta y un robots cartesianos en las máquinas de inyección de plástico, con el objetivo de lograr proveer la alta demanda de productos de plástico empleados para el hogar y dar cumplimiento con la entrega a tiempo y con la calidad de fabricación demandada. Para la instalación de los robots, se requiere realizar las instalaciones eléctricas como neumáticas, la conectividad eléctrica de señales entradas/salidas y panel de control. Es importante resaltar los ajustes realizados a cada una de las máquinas de acuerdo al molde que porta, ya que la empresa cuenta con una gran variedad de productos, también se ajustaron los programas del robot con base a los procesos que ejecutarían; trabajando en equipo de manera coordinada, se obtuvo como resultado múltiples líneas de producción de forma autónoma. 2 Description The place where I did my internship is Food Keepers. It is a factory dedicated to plastic injection for home, industry and office. It is located at the Balvanera Industrial Park in Queretaro in Mexico. The working environment is good, because they helped me a lot. My boss is Ignacio Olvera, he is a quiet man. He like his job. He has worked for 20 years at Food Keepers. When we have a problem, He helps us to solve them. I enjoyed working at such modern and productive company. 3 Índice Resumen ........................................................................................................................................... 2 Description ....................................................................................................................................... 3 Índice ................................................................................................................................................. 4 l. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 6 ll. ANTECEDENTES ........................................................................................................................ 7 2.1 Apex AT Serie ....................................................................................................................... 8 lll. JUSTIFICACIÓN......................................................................................................................... 9 3.1 Apex AT Series ..................................................................................................................... 9 3.2 Apex AT Serie X ................................................................................................................... 9 lV. OBJETIVOS .............................................................................................................................. 10 4.1 Objetivo para el robot: Apex AT Serie ......................................................................... 10 4.2 Objetivos para el robot: Apex AT Serie X ................................................................... 10 V. ALCANCE .................................................................................................................................. 11 5.1 Apex AT Serie ..................................................................................................................... 11 5.2 Apex AT Serie X ................................................................................................................ 11 Vl. ANÁLISIS DE RIESGO ........................................................................................................... 12 Vll. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA .......................................................................................... 14 7.1 Proceso de inyección ....................................................................................................... 14 7.2 Robot cartesiano ............................................................................................................... 14 7.3 ¿Qué es un brazo robótico para máquinas de inyección? ..................................... 15 7.4 Partes de un robot Apex AT Serie ................................................................................. 16 7.4.1 Cilindros neumáticos ................................................................................................ 16 7.4.2 Sensores magnéticos................................................................................................ 17 7.4.3 Sensores inductivos. ................................................................................................. 17 7.4.4 Electroválvulas............................................................................................................ 18 7.5 PLC ........................................................................................................................................ 18 7.6 Servomotor .......................................................................................................................... 19 7.7 Estructuras para le extracción de material ................................................................. 20 7.7.1 Grippers ........................................................................................................................ 20 7.7.2 Ventosa ......................................................................................................................... 20 7.8 LOGO! Software. ................................................................................................................ 21 4 7.9 Colada................................................................................................................................... 22 7.10 Polipasto (grúa viajera).................................................................................................. 22 Vlll. PLAN DE ACTIVIDADES ..................................................................................................... 23 lX. RECURSOS HUMANOS Y MATERIALES .......................................................................... 24 9.1 Recursos humanos ........................................................................................................... 24 9.2 Recursos materiales ......................................................................................................... 25 X. DESARROLLO DEL PROYECTO ......................................................................................... 27 10.1 Rehabilitación robots Apex AT-Series ..................................................................... 27 10.1.2 Elaboración de bases para el robot .................................................................... 27 10.1.3 Revisión de sistema neumático ........................................................................... 27 10.1.4 Revisión de sensores.............................................................................................. 28 10.1.5 Revisión del sistema de control ........................................................................... 28 10.1.6 Montaje y limpieza del robot ................................................................................. 29 10.2 Instalación de robots Apex AT Serie X ..................................................................... 31 10.2.1 Elaboración de layout ............................................................................................. 31 10.2.2 Instalación de sistemas neumáticos (alimentación de aire) ....................... 32 10.2.3 Montaje de bases ..................................................................................................... 32 10.2.4 Montaje de robots ................................................................................................... 34 10.2.5 Conexión al PLC ...................................................................................................... 35 10.2.6 Instalación de alimentación eléctrica de robots (reducción de tensión de 440V a 220V) .......................................................................................................................... 36 10.2.7 Pruebas de funcionalidad ..................................................................................... 37 10.2.8 Ajuste de parámetros de la máquina ................................................................. 38 10.2.9 Ajuste de topes del robot...................................................................................... 40 10.2.10 Diseño de estructuras para la extracción de material ................................ 41 10.2.11 Ajuste de rutinas predeterminadas en el robot ............................................. 42 Xl. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................................................... 47 Xll. ANEXOS Xlll. BIBLIOGRAFÍA 5 l. Introducción FOOD KEEPERS es una empresa 100% mexicana que se dedica a la fabricación de utensilios domésticos y de oficina. La empresa cuenta con área de mantenimiento y es aquí donde se colaboró, considerándose como estadía profesional del periodo de 17 de septiembre al 10 de diciembre del 2014, del sexto semestre de TSU. Considerando como objetivo principal poner en práctica los conocimientos adquiridos durante la carrera de Técnico Superior Universitario en Mecatrónica, Área Automatización que imparte la universidad Tecnológica de Querétaro a través de un proyecto asignado por el asesor de la empresa. El proyecto que se describe en la presente memoria técnica, como requisito último para la obtención del título, se presentan las actividades realizadas en la empresa FOOD KEEPERS con base a dos necesidades surgidas en el mes de agosto del 2014, la instalación y mantenimiento de los equipos robóticos empleados en la sustracción de material de las máquinas de inyección de plástico. En esencia los equipos se encuentran automatizados, y son supervisados por los operadores. En el proyecto se aplicaron las competencias adquiridas en las asignaturas de electrónica, mecánica, neumática e informática. 6 ll. Antecedentes Los Sistemas de Manufactura Integrada por Computadora (CIM), son muy empleados en la industria de hoy en día ya que se enfocan al desarrollo de procesos automatizados para la fabricación. [1] Fig. 2 1 Maquina inyectora de plástico integrada por computadora CIM. En dichos sistemas se incluyen elementos robóticos y estaciones para diversos propósitos como lo son: maquinados, inspección, transporte, almacenamiento, ensamble, entre otros. El ensamble manual se clasifica con frecuencia como una operación "no calificada", sin embargo, en el diseño de robots se pretende obtener estabilidad y precisión, considerando que la industria actual requiere ensambles y movimientos no solo en una posición, siendo éste uno de los problemas que se presentan en el laboratorio de manufactura integrada (CIM 2000) de la empresa en donde se desea incluir el proceso de ensamble automatizado. 7 2.1 Apex AT Serie Se han presentado estudios preliminares del diseño conceptual y análisis cinemático de un robot con topología de tres grados de libertad del tipo 3-RPR, el cual formará parte de un sistema de sustracción de producto de las inyectoras de plástico. Fig. 2.1.2 Robot cartesiano de la marca APEX AT-SERIES De igual manera, se han discutido solo consideraciones básicas y generales, ya que la parte del análisis cinemático, (análisis del posicionamiento del robot sin consideración de las fuerzas externas que lo originen), está en proceso de realización; dicho análisis junto con la secuencia de los movimientos denotada por los movimientos angulares y lineales de las articulaciones proporcionará las posiciones adecuadas de los eslabones para obtener ensambles en diferentes posiciones. 8 lll. Justificación 3.1 Apex AT Series El robot AT Serie empleado en la empresa está en constante mejora, por lo que se optó por rehabilitar y dar mantenimiento al mismo sin perder su esencia, reubicándolo en una de las máquinas asignadas para la mejora del proceso. 3.2 Apex AT Serie X Se optó por instalar un robot AT Serie X, gracias a su diseño más ergonómico tanto para la máquina como para el usuario, sin dejar de considerar su funcionalidad lo más eficiente posible para la aplicación en el proceso. La finalidad de los ya mencionados robots es la mejora del proceso, reduciendo con ello los tiempos de producción, reducción de riesgos y la reducción de personal asignado en cada máquina para su operatividad. 9 lV. Objetivos 4.1 Objetivo para el robot: Apex AT Serie Rehabilitar y dar mantenimiento correctivo al robot AT SERIES, tomando en cuenta que dicho dispositivo se encuentra instalado, de esta manera obtener la puesta en marcha y arranque de la nueva línea de producción. 4.2 Objetivos para el robot: Apex AT Serie X Instalar y dar mantenimiento preventivo al robot AT Serie X, con base a las especificaciones de operatividad y del proceso implementado en la máquina inyectora de plástico asignada, Arranque y puesta en marcha integrando el robot al proceso de la nueva línea de producción. 10 V. Alcance 5.1 Apex AT Serie Se dará rehabilitación a los tres robots, así como el mantenimiento correctivo necesario para la puesta en marcha, además se rediseñará la ubicación de los robots dentro de las máquinas, dichos robots no cuentan con los gabinetes del control eléctrico ni para el control neumático, por ello se diseñarán dos donde se colocarán dichos controles y se ubicarán en un costado de la inyectora, con el objeto de facilitar el mantenimiento correctivo como preventivo de la máquina. Cabe mencionar que este dispositivo requiere un control manual, el cual se diseñará y se instalará. El robot AT Serie tendrá la ventaja de cambio de accesorios para la extracción de material de acuerdo al molde montado en la inyectora. 5.2 Apex AT Serie X La instalación de los treinta y un robots AT Serie X se hará partiendo del modelo anterior, se modificarán los puntos de unión con la máquina, así como ajuste de los parámetros para la extracción y expulsión del material. De igual forma este dispositivo cuenta con la ventaja de cambio de accesorios para la sustracción de material. 11 Vl. Análisis de riesgo En todo proyecto existen factores internos y externos que lo pueden afectar en el cumplimiento cabal de las actividades planificadas, es importante identificarlos y saber cómo evitarlos o en su defecto, como controlarlos. De acuerdo a las características del presente proyecto, el tiempo es el factor con más influencia. Se cuenta con un plazo de cuatro meses aproximadamente para entregar los robots funcionando en la empresa cumpliendo con los objetivos ya mencionados. La siguiente tabla muestra los posibles riesgos a los cuales nos podemos enfrentar en nuestro proyecto, es por ello que se especifica el posible riesgo, el porcentaje de afectación, la frecuencia con la cual suceden los riesgos y las acciones posibles para evitarlo. RIESGO Tiempo % AFECTACION 100 % OCURRENCIA 100 Que los robots no lleguen en la fecha programada. Que las bases del robot no coincidan con la máquina correspondiente. 100 25 90 20 Que la máquina no este diseñada para el uso de este dispositivo. Que los programas asignados no coincidan con el procedimiento deseado. Adaptación de estructuras para la 10 12.5 Tener datos acerca de la máquina. Buscar el “Drive” de la máquina para adaptarla al robot. 100 15 Buscar alternativas de programación, o bien adaptarlos a los distintos moldes de las máquinas. 50 80 Diseñar estructuras de diferentes estilos para cada molde usado en la 12 PLAN DE MITIGACION Planeación de actividades para aprovechar el tiempo máximo. Aprovechar el tiempo muerto en preparación de suministro de energía y aire para cada máquina. Contar con bases de distintas medidas. Barrenarlas para conseguir que coincidan. sustracción de material. Cambio de moldes máquina asignada para el robot. 100 90 Alarmas en el robot 30 75 Que falle el robot 100 95 Tener un registro de cada estructura de sustracción de material para cada molde, así de esta manera evitar dañar el producto o el robot. Buscar en el manual la manera de quitarlas y realizar un listado de acciones detectadas que ponen al robot en eventos de alarma Dar capacitación a cada uno de los operadores, supervisores acerca del funcionamiento del robot. Tabla 6. 1 La tabla muestra el análisis de los riesgos y sus posibles planes de mitigación. 13 Vll. Fundamentación teórica 7.1 Proceso de inyección La inyección, es un proceso adecuado para piezas de gran consumo. La materia prima se puede transformar en un producto acabado en un solo paso. En este proceso la materia prima se funde para convertirla a estado líquido y de ese modo con presión hacer que llegue a un molde en el cual se enfriará y dará como resultado una forma específica. Con la inyección se pueden obtener piezas de variado peso y con geometrías complicadas. Para la economía del proceso es decisivo el número de piezas por unidad de tiempo (producción). Las características más importantes del proceso de inyección son las siguientes: • La pieza se obtiene en una sola etapa. • Se necesita poco o ningún trabajo final sobre la pieza obtenida. • El proceso es totalmente automatizable. • Las condiciones de fabricación son fácilmente reproducibles. • Las piezas acabadas son de una gran calidad. 7.2 Robot cartesiano Un robot cartesiano es un robot industrial cuyos tres ejes principales de control son lineales (se mueven en línea recta en lugar de rotar) y forman ángulos rectos unos respecto de los otros. La figura 7.2.1 muestra un esquema simple que indica cómo se mueve un robot cartesiano. Fig. 7.2 1 Representación gráfica de robot cartesiano. . [2] 14 7.3 ¿Qué es un brazo robótico para máquinas de inyección? La serie SB la constituyen varios modelos de robots de 3 ejes con servo motor CNC. Entre sus características destacan la libre programación de las funciones de control, la programación estándar de multifunciones, la velocidad, la posición y los tiempos ajustables durante el ciclo operativo, el sistema y los parámetros de programación que pueden ser memorizados para grandes producciones. Apex de Equiper se inicia en los extractores de coladas pendulares de las series ST y STD que pueden disponer de grupos de vacío para extracciones de piezas ligeras de forma sencilla. Los robots tipo viga de Conair se destacan por contar con la tecnología de Sepro. La serie 3000 de robots montados sobre vigas, opera sobre máquinas de inyección de tamaños entre 20 y 5000 toneladas de fuerza en la prensa. Los motores pueden ser activados por medios neumáticos, eléctricos o con sistemas servo, de acuerdo con el modelo que se escoja. La capacidad de carga varía entre 4,4 y 187 libras de peso. Entre las acciones que desempeñan están las de remoción terminadas, Fig. 7.3 1 Robot APEX-SERIES-ST [3] de partes colocación múltiple, remoción de alta velocidad, apilamiento, empacado en cajas, colocación de piezas en insertos, operación en una celda única o en aplicaciones que requieran mayor flexibilidad, de acuerdo con las necesidades. Tienen la opción de contar con dos brazos de extracción para operar con máquinas de inyección de tres placas. 15 7.4 Partes de un robot Apex AT Serie 7.4.1 Cilindros neumáticos Los cilindros de simple efecto son aquellos que sólo realizan un trabajo cuando se desplaza su elemento móvil (vástago) en un único sentido; es decir, realizan el trabajo en una sola carrera de ciclo. El retroceso se produce al evacuar el aire a presión de la parte posterior, lo que devuelve al vástago a su posición de partida. [4] Estos cilindros se utilizan para trabajos de desplazamientos cortos en los que el vástago del cilindro no realice carreras superiores, generalmente, a 100 mm. Fig. 7.4 1 La imagen muestra la estructura interna de un pistón de simple efecto con muelle o resorte. Los cilindros de doble efecto son capaces de producir trabajo útil en dos sentidos, ya que disponen de una fuerza activa tanto en avance como en retroceso. Se construyen siempre en formas de cilindros de émbolo y poseen dos tomas para aire comprimido, cada una de ellas situada en una de las tapas del cilindro. [4] Fig. 7.4 .2 Esquema de la estructura interna de un pistón de doble efecto. 16 7.4.2 Sensores magnéticos Son sensores que detectan la presencia de campos magnéticos generalmente por magnéticos más imanes. producidos Los utilizados detectores son los denominados REED (El término REED significa en inglés lengüeta o lámina). Consiste en unas láminas metálicas (Fe-Ni) suspendidas en el interior de una ampolla hermética de vidrio. Fig. 7.4.2. 1 Sensores Magnéticos Cuando un campo magnético incide sobre las láminas, éstas son magnetizadas y se unen cerrando un circuito eléctrico. [5] En la figura 7.4.2.1 se muestran algunos ejemplos de sensores magnéticos. 7.4.3 Sensores inductivos. Los sensores inductivos son una clase especial de sensores que sirve para detectar materiales metálicos ferrosos. Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia o ausencia de objetos metálicos en un determinado contexto: detección de paso, de atasco, de codificación y de conteo. Fig. 7.4.3.1 Sensores Inductivos [5] Como ejemplos de sensores inductivos se muestran los que están en la figura 7.4.3.1. 17 7.4.4 Electroválvulas Las válvulas de solenoide se controlan mediante la acción del embobinado y por lo general regulan con flujo de aire actuando como un interruptor. Si el solenoide está activo (con corriente aplicada), la válvula se abre. Si el solenoide está inactivo (sin corriente), la válvula queda cerrada. [4] Fig. 7.4.4.1 La imagen muestra una electroválvula 5/2 (5 entradas de aire, 2 posiciones) manipulada por solenoides. 7.5 PLC Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés PLC (Programmable Logic Controller), es una computadora utilizada en la automatización industrial, para automatizar procesos industriales. Los PLCs son utilizados en muchas industrias y máquinas, a diferencia de las computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para recibir múltiples señales de entrada Fig. 7.5.1 Algunos ejemplos de Controladores Lógicos Programables (PLC’s) 18 y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico, resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en copia de seguridad o en memorias no volátiles. Este sistema básicamente contiene un controlador lógico programable (PLC) y controladores PID para las resistencias eléctricas del barril y de la boquilla. El PLC permite programar la secuencia del ciclo de inyección y recibe señales de alarma, por sobrepresión o finales de carrera, para detener el ciclo. Los controladores PID son los más adecuados para el control de temperatura debido a su elevada velocidad de respuesta para mantener la temperatura a los niveles requeridos. 7.6 Servomotor Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Un servomotor es un motor eléctrico que puede ser controlado tanto en velocidad como en posición. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos. Fig. 7.6.1 Servomotor [6] 19 7.7 Estructuras para le extracción de material 7.7.1 Grippers Una pinza neumática de agarre es un dispositivo que tiene la capacidad de retener y liberar un objeto mediante unos “dedos” mientras se ejecuta una operación especifica. Los “dedos” no son parte de la pinza sino que son herramientas especializadas y generalmente personalizadas por los clientes. Atendiendo a su funcionamiento se pueden clasificar en: Externa: Este es el método más común de sostener objetos, es el más simple y el que menor longitud de la carrera requiere. Cuando las “dedos” de agarre cierran, el objeto o pieza queda fijada. Interno: En algunas aplicaciones, la geometría de la pieza o la necesidad de acceder al exterior de la misma nos obliga a emplear este tipo. En este caso la fuerza se realiza al abrir de apertura de la pinza se sostiene el objeto. Fig. 7.7.1.1 Ejemplo de un Gripper simple [4] 7.7.2 Ventosa Es un objeto que utiliza la presión negativa del fluido del aire o agua para adherirse a las superficies no porosas. La cara "plegable" de la ventosa tiene una superficie curva. Cuando el centro de la ventosa se presiona contra una superficie plana y no porosa, el volumen del espacio entre la ventosa y la 20 superficie plana se reduce, lo que causa que el líquido entre ésta y la superficie sea expulsado más allá del borde de la copa circular. Cuando el usuario deja de ejercer presión física en el centro de la parte exterior de la ventosa, la sustancia elástica de la cual está hecha la ventosa hace que la misma tienda a recuperar su forma original, curva. [4] Fig. 7.7.2 .1 Variedad de ventosas, de acuerdo a la aplicación. 7.8 LOGO! Software. Permite la creación de diagramas de escalera y de bloques de funciones mediante la selección de la respectivas funciones y su conexión a través de arrastrar y soltar. Además, todo el programa de conmutación puede ser simulado y probado fuera de línea en el PC. También es posible: una prueba en línea en las dos pantallas del programa durante el funcionamiento. Por último, pero no menos importante, LOGO! Soft Comfort ofrece documentación profesional con toda la información del proyecto necesaria, como los programas de conmutación, comentarios y ajustes de los parámetros. [6] Fig. 7.8.1 La imagen de la izquierda muestra un PLC tipo LOGO, la imagen de la derecha muestra los gráficos del software de programación del LOGO. 21 7.9 Colada. En el proceso de inyección de plástico: la colada es el nombre que se le da al residuo o sobrante de plástico que queda en los conductos del molde, al retirar el producto terminado la colada puede quedar o no pegada al mismo (como se muestra en la figura 7.9.1). Fig. 7.9. 1 Distintos tipos de colada. [3] 7.10 Polipasto (grúa viajera). Un aparejo, polipasto o polispasto es una máquina compuesta por dos o más poleas y una cuerda, cable o cadena que alternativamente va pasando por las diversas gargantas de cada una de aquellas. Se utiliza para levantar o mover una carga con una gran ventaja mecánica, porque se necesita aplicar una fuerza mucho menor que el peso que hay que mover. La figura 7.10.1 muestra un ejemplo de esta máquina. Fig. 7.10. 1 Ejemplo de polipasto o mejor conocida como grúa viajera. 22 Vlll. Plan de actividades Septiembre Semana r 1 a TAREA d 2 a r 3 a Octubre Semana t 4 a r 1 a d 2 a r 3 a Noviembre Semana t 4 a r 1 a d 2 a r 3 a Diciembre Semana t 4 a r 1 a d 2 a r 3 a t 4 a TIEMPO Inicio de Proyecto TE TR TE TR TE TR TE TR TE TR TE TR TE TR TE TR TE TR TE TR TE TR Definir objetivos 2 dias Asignación de responsabilidades 2 dias Investigación teórica 15 dias Diseño de soportes para el robot 3 dias Lista de materiales 7 dia Cotización y proveedores 5 dias Compra de material 5 dias Diseño de distribución de tuberias 2 dias Elaboración de Layout 3 dias Instalación de tuberias de aire 15 dias Almacenamiento de los robot planeares designados para el proyecto 7 dias Instalación de soportes de los robot en cada una de las máquinas. 7 dias TE TR Instalación de los robot planeares en cada una de las máquinas. 30 dia TE Pruebas de cada máquina con robot instalado 5 dias ACTIVIDAD R= REALIZADO P= PENDIENTE TE= TIEMPO ESTIMADO TR = TIEMPO REAL TE TR Ajustes finales 15 dias Puesta a punto de las máquinas 7 dias Entrega de proyecto 1 dia TR TE TR TE TR TE TR TE TR Fig. 8 1 Gráfica de Gantt 23 lX. Recursos humanos y materiales Con el apoyo de los miembros del equipo y el asesor del proyecto, se generó una lista de todos los recursos materiales y humanos para la realización de del proyecto los cuales se especifican a continuación. 9.1 Recursos humanos Los recursos humanos del proyecto incluyen a las personas quienes adquieren responsabilidades para realizar el proyecto. La siguiente tabla muestra los principales integrantes del proyecto. Recursos Humanos Nombre Función Ing. Ignacio Olvera Supervisor del proyecto Lic. Saúl García Proveedor de material. TSU José Miguel Luna Rivera Practicante (integrador de robot cartesiano a máquinas de inyección de plástico). TSU Oscar Antonio García Martínez Practicante (integrador de robot cartesiano a máquinas de inyección de plástico). TSU Leobardo García Raymundo Practicante (integrador de robot cartesiano a máquinas de inyección de plástico). TSU Gerardo Ortiz Rojas Practicante (integrador de robot cartesiano a máquinas de inyección de plástico). Tabla 9.1.1 Distribución de los recursos humanos dentro del proyecto. 24 9.2 Recursos materiales Se debe hacer una enumeración lo más detallada posible de los recursos materiales que deberán ser utilizados en el proyecto. Recursos Materiales Material Cantidad (por robot) Manguera PUN 4 1 metro Manguera PUN 8 4 metros Unidad de mantenimiento 1 pieza Transformador 440v/220v 1 pieza Clavija (440V) 1 pieza Tornillo (hexagon socket) M14 8 piezas Tornillo (hexagon socket) M16 6 piezas Reguladores de presión 1 pieza Cable SJT (calibre 12) 4 metros Relevador industrial 24v 2 piezas Gripper simple 1 pieza Ventosa 8 piezas Perfil de aluminio (30cm) 3 piezas Tabla 9.2.1 Materiales requeridos para la elaboración del proyecto. Recursos Materiales para la elaboración de bases para el robot Apex AT series Material Cantidad (por robot) Ruedas (ruedas locas) 4 piezas Angulo de acero (6”) 8 metros Placa de acero (35 x 15 cm) 3 piezas Tornillo (hexagon socket) M14 6 piezas Tabla 9.2.2 la tabla muestra los recursos empleados en la elaboración de las bases para los robots en restauración. 25 Recursos Materiales para la elaboración del gabinete de control para el robot Apex AT series Material Cantidad (por robot) Caja de acero reforzado (45 x 60cm) 3 piezas Cable (8 hilos) 4 metros Válvulas de aire (5/2) 3 piezas Plc LOGO 1 piezas Clemas 10 piezas Manguera PUN 10 6 metros Tabla 9.2.3 recursos materiales dispuestos para la elaboración de los gabinetes de control de los robots en restauración. 26 X. Desarrollo del proyecto En la empresa FOOD KEEPERS de México, SA de CV se requirió la instalación y la restauración de los nuevos robots cartesianos en las líneas de procesos para la fabricación de distintos utensilios domésticos y de oficina, debido a la alta demanda de en la sociedad, por lo que se planteó una serie de actividades para llevar acabo su instalación y rehabilitación en el tiempo planteado como se muestra a continuación: 10.1 Rehabilitación robots Apex AT-Series 10.1.2 Elaboración de bases para el robot Como primer actividad fue la construcción de una base, donde posteriormente se montó el robot. Para la elaboración de esta base se pensaron en distintos materiales, es por ello que se optó por elaborar una placa de acero de 30x20cm con un espesor de 3/8”, cabe mencionar que en la placa se hicieron 6 barrenos con un diámetro de 3/16”. [7] 10.1.3 Revisión de sistema neumático Una vez elaborada la base del robot continuamos con la revisión de los sistemas neumáticos, dicho robot cuenta con 6 pistones, los cuales son de doble efecto. [4] Ya identificados los pistones se comprobó su funcionalidad, de esta manera se verificó que los seis pistones se encontraban en condiciones óptimas para trabajar. Cabe mencionar que cada uno de estos pistones es accionado a través de electroválvulas 5/2 (5 salidas de aire, 2 posiciones), en estos dispositivos también se verificó su funcionalidad. Aprovechando la revisión neumática se cambiaron las mangueras de alimentación del sistema debido a que las originales presentaban algún tipo de falla. 27 Fig. 10.1.3.1 La imagen muestra la revisión aplicada hacia el sistema neumático. 10.1.4 Revisión de sensores Una parte fundamental de los robot son los sensores, ya sean de tipo inductivo, capacitivos, ópticos, magnéticos o bien de acción mecánica; en este caso nuestro robot presentaba sensores magnéticos e inductivos (accionados con materiales magnéticos y con metálicos respectivamente), primero se identificaron y con ello comprobamos su óptimo funcionamiento. Los sensores empleados en este sistema se encontraban en buenas condiciones, por ello solo fueron reubicados y calibrados de acuerdo a las especificaciones. [8] 10.1.5 Revisión del sistema de control Otra parte importante en esta rehabilitación fue la revisión de las conexiones eléctricas en la tarjeta de control de acuerdo a los diagramas eléctricos proporcionados por la empresa, en esta parte se encontraron algunos dispositivos 28 en mala condición, en este caso se encontraron relevadores, los cuales fueron remplazados y nuevamente puestos en marcha. [9] Fig. 10.1.5.1 Caja de control del robot en restauración. De igual forma se probó el control del robot el cual tuvo que ser remplazado debido a que no estaba en condiciones óptimas para su uso. 10.1.6 Montaje y limpieza del robot Ya terminado el proceso anteriormente mencionado continuamos con el montaje sobre la base diseñada para el robot. Al terminar esta acción continuamos con la limpieza y la lubricación de los rieles de desplazamiento. Fig. 10.1.6.1 La imagen muestra el robot APEX ya limpio y listo para montarse en la máquina correspondiente. 29 10.1.7 Puesta en marcha del robot Al término de las actividades mencionadas anteriormente, iniciamos la puesta en marcha del robot probándolo directamente con la máquina inyectora de plástico, [3] se configuró la máquina correspondiente con los parámetros adecuados de acuerdo a la apertura y cierre del molde, a la presión aplicada en la expulsión del producto, con ello se logró realizar esta primera parte del proyecto. Imagen 1 La imagen muestra el robot APEX ya limpio y listo para montarse en la máquina correspondiente. Fig. 10.1.7.1 Robot montado y listo para su puesta en marcha 30 10.2 Instalación de robots Apex AT Serie X 10.2.1 Elaboración de layout El layout es muy importante en toda instalación ya que nos facilita saber cuál es la ubicación de algún elemento que se quiere instalar, es por ello que en la instalación de los robots Apex AT Serie X fue la primera actividad a realizar, con ello se identificaron las máquinas a las cuales se adaptaría el robot. Además de identificar las máquinas, se identificaron las fuentes de corriente, y las tomas de aire (ver anexo 1). En esta etapa también se elaboró una tabla, donde se registró la máquina a la cual se adaptaría el robot, y con ello sus datos técnicos así como lo son su modelo, su tonelaje y el tipo de plc. Fig. 10.2.1.1 Vista lateral superior de la distribución de la planta, antes de la instalación de los robots. 31 10.2.2 Instalación de sistemas neumáticos (alimentación de aire) Ya una vez identificadas las máquinas correspondientes al proyecto, se continuó con la instalación de las tuberías para el aire que alimentaría a los robots. Para esto se utilizó tubo de acero de 2” de diámetro de distintas longitudes de acuerdo a la ubicación de la máquina. [4] Al término de esta actividad con base a los diagramas eléctricos proporcionados por la empresa, se conectaron dos fuentes de alimentación de aire, uno fue para el compresor utilizado Fig. 10.2.2.1 Instalación de compresor. (este para dispositivo fue abastecer las alimentación neumática de cada robot), y un secador también empleado en el abastecimiento de aire. 10.2.3 Montaje de bases Ya con el layout terminado continuamos con el análisis para determinar la posición de cada robot y que tipo de robot que correspondía según el proceso, ya que de estos se contaba con tres tamaños, grande (2 robots), mediano (7 robots) y chico (22 robots). Las bases de estos robots también variaban de acuerdo al tonelaje especificado que varía desde 1.8 hasta 6 toneladas. Cabe mencionar que se clasificaron las máquinas por su tonelaje, para el robot pequeño se tomaron las máquinas de 1.8 a 2.8 toneladas, para los robots 32 medianos de 3.2 a 3.8 y finalmente las de alto tonelaje como lo fueron las máquinas de 4.2 hasta 6 toneladas. La forma de las bases asemejaba a la figura de un trapecio; donde su base menor es de 450mm, su base mayor de 1150mm y una altura de 600mm. Las bases contenían barrenos, para su adaptación con la máquina, la base menor cuenta con 6 barrenos de ¼ “, y la base mayor cuenta con 4 barrenos de ½ “, dichas especificaciones están tomadas para los robots pequeños. De igual forma la base de los robots medianos cuenta con una base menor con una longitud de 600mm y cuenta con 8 barrenos de ¼ “, la base menor de longitud 1350mm cuenta con 8 barrenos de ½ “, y finalmente una altura de 800mm. La base para los robots grandes tiene el mismo diseño, su base menor tiene un longitud de 800mm y esta cuenta con 10 barrenos de ¼ “, la base mayor con una longitud de 1600mm cuenta con 8 barrenos de ½ “, y una altura de 1300mm. Todas las bases mencionadas anteriormente están hechas de acero SAE 9010, gracias a su gran resistencia y su maleabilidad. 2 3 1 Fig. 10.2.3.1 Muestra de los tres tipos de bases para el robot. La 1 diseñada para robots pequeños, la 2 para robots medianos y la 3 para los robots grandes. 33 10.2.4 Montaje de robots Al término de la instalación de las bases de acuerdo al layout, se continuó con el montaje de los robots en las máquinas correspondientes. Para la realización de esta etapa se tuvo que pedir la autorización de parar la producción de la máquina, debido al espacio disponible entre las máquinas para el montaje del robot. Antes del montaje se elaboró una placa de acero de ¾ “con una rondana de acero (observar figura 10.2.4.1), esta con la finalidad de tener donde sujetar el robot. Una vez despejada el área, se prosiguió Fig. 10.2.4.1 Placa elaborada para el montaje del robot con el montaje, esto gracias al apoyo de los polipastos (grúa viajera) ubicados en la mayoría de las maquinas. Cabe mencionar que algunas máquinas no contaban con polipasto fijo, por ello se hizo uso del montacargas y así de esta manera poder concluir esta etapa. Una vez suspendidos en el aire los robots, nos dimos a la tarea de colocar los tornillos correspondientes a cada máquina, ya que se utilizaron de distintos diámetros, esto de acuerdo al tonelaje de cada robot. Fig. 10.2.4.2 La imagen muestra uno de los robot ya montado sobre la máquina correspondiente 34 10.2.5 Conexión al PLC Ya concluida la etapa anterior, se nos dió la tarea de realizar las conexiones al control de la máquina (PLC). Previamente se buscó la manera de introducir los cables, tanto de alimentación como de control dentro de la máquina. Al finalizar el cableado dentro de la máquina, se continuó con la conexión de las señales proporcionadas por el robot hacia el PLC (ver fig. 10.2.5.2). Es importante mencionar que solamente se conectaron 9 cables de los 27 disponibles, ya que seis de estos son tierras físicas, por lo tanto los 13 disponibles son para funciones especiales, como el encendido de Fig. 10.2.5.2 Cable empleado en las señales del robot. lámparas y el encendido de vibradores y bocinas (ver anexo 2). [10] Fig. 10.2.5.1 Conexiones físicas del robot con el PLC. 35 10.2.6 Instalación de alimentación eléctrica de robots (reducción de tensión de 440V a 220V) Con base a las especificaciones técnicas de los robots se comprobó que su alimentación de tensión de 220V de corriente alterna, la cual no podía ser proporcionada por las máquinas, por ello se buscó alguna solución a este problema, una de ellas fue la conexión de un transformador de tensión de 440V a 220V con 3 amperes de corriente suficientes para cumplir con las necesidades del robot, ya que este tiene Fig. 10.2.6.1 La imagen muestra un transformador de tensión de 440 V a 220 V. un consumo de 1.7 amperes de acuerdo a la cantidad de electroválvulas. [11] Otra de las soluciones fue la adaptación de clavijas para altas tensiones, estas se utilizaron en algunas máquinas debido a la falta de transformadores por su alto costo. Estas conexiones fueron conectadas en los contactos existentes en la planta. Fig. 10.2.6.2 Clavija trifásica empleada en altas tensiones. 36 10.2.7 Pruebas de funcionalidad Las pruebas de funcionalidad son de suma importancia. En donde el primer punto a revisar fue la alimentación del robot, de igual forma la alimentación neumática. Fig. 10.2.7.1 Unidad de mantenimiento. El siguiente punto a revisar fue la prueba de los movimientos del robot de todos sus ejes disponibles (en este caso 3 ejes, X, Y, Z), tanto del cilindro principal (este utilizado para extracción del producto) como del secundario (empleado en la extracción de los residuos de plástico o mejor conocido como colada). Así como la manipulación del vacío generado en las ventosas, y la manipulación del gripper. [12] 37 Fig. 10.2.7.2 La imagen muestra uno de los ejes en los cuales puede ejecutarse un movimiento recto. 10.2.8 Ajuste de parámetros de la máquina Pasada las pruebas de funcionalidad, los ajustes con la máquina fueron fundamentales para la puesta en marcha de los robots. El primer ajuste en la máquina fue habilitar el robot (como se muestra en la figura 10.2.8.1), así de esta manera un ciclo no podría ser completado si el robot está apagado o bien con alguna alarma. [10] Fig. 10.2.8.1 Panel de control de máquina HAITIAN. Habilitación del robot. El segundo ajuste fue la apertura de los moldes, en algunos casos fue esencial mover este parámetro ya que originalmente los moldes contaban con muy poca apertura. 38 Fig. 10.2.8.2 Ajuste de parámetros de acuerdo a la apertura del molde. Otro ajuste importante fue la expulsión del producto, debido a que algunos expulsores son manipulados ya sea por presión de aire o por muelles internos o bien de forma manual a la par de los moldes, en este parámetro se aumentó la carrera de los expulsores, también se modificaron los tiempos, dejando un retardo en cada expulsión para facilitar así la extracción del material. [10] Entre otros ajustes realizados en las máquinas fue el control de la presión hidráulica, o bien el enfriamiento del producto, estos ajustes fueron un poco más sencillos pero igual de gran importancia. 39 Fig. 10.2.8.3 Panel principal de control de máquina HAITIAN. . 10.2.9 Ajuste de topes del robot Antes de la puesta en marcha de los robots fue importante revisar los topes mecánicos ubicados en los cilindros (figura 10.2.9.1), esto para evitar que este se salga del riel o bien para ajustarlo a las medidas requeridas, los topes mecánicos utilizados en el robot cuentan con un muelle o resorte, este empleado para la reducir el impacto generado al Fig. 10.2.9.1 Ejemplo de los topes mecánicos con resorte. subir o bajar el cilindro. 40 Estos topes fueron ajustados de acuerdo con el molde montado en cada máquina y de acuerdo con el tamaño del robot. Cabe mencionar que los robots cuentan con un servomotor el cual se encarga de mover al robot dentro del eje Y, en este caso los topes no son mecánicos si no que son con base a la programación del servomotor (esta programación puede ser modificada desde el control ya que los servomotores tienen la ventaja de guardar su posición, siempre y cuando estén energizados), y estos identificados por los sensores inductivos colocados en la parte posterior de cada robot. Fig. 10.2.9.2 Sensor inductivo localizado en la parte posterior del robot empleado en el posicionamiento. 10.2.10 Diseño de estructuras para la extracción de material Al término de ajustar los topes mecánicos, guardar cambios en los parámetros de la máquina, continuamos con la elaboración de las estructuras donde irían montadas los dispositivos de extracción de material, como lo fueron las ventosas, grippers y pistones. Las estructuras están hechas con perfil de aluminio de ½” con dos canaletas en dos de sus caras. Estas estructuras fueron diseñadas de acuerdo al producto entregado por el molde de las máquinas, estos diseños tenían distintas formas, en su mayoría contaban con 2 o 4 ventosas, de igual forma se diseñaron con 3, 5, 8 ventosas, en 41 algunos casos se adaptaron los mini pistones con la misma intensión de extraer el material o bien el uso de los grippers. [7] Fig. 10.2.10.1 Algunos de los diseños con ventosas para la extracción del producto. 10.2.11 Ajuste de rutinas predeterminadas en el robot Es importante mencionar que el robot cuenta con una serie de rutinas predeterminadas, estas en su mayoría muy parecidas pero igual de importantes. En esta etapa se verificó cada una de las rutinas, esto con la finalidad de conocer la más acertada para nuestro procedimiento; 14 rutinas son con las que cuenta el robot, que va desde la manipulación solo del cilindro principal, como la de los demás cilindros (Ver anexo 3). Ya determinada la rutina, fue esencial poner en marcha el robot (realizar pruebas ya con ciclos completos), esto con la finalidad de llevar a cabo los ajustes de tiempo de activación de algún cilindro, así como la manipulación del vacío o bien la distancia de salida en el eje Y (la que debe recorrer el servomotor). 42 Fig. 10.2.11.1 Pantalla del control del robot. Listo para la puesta en marcha. 10.2.12 Puesta en marcha. Ya realizados los puntos anteriores, llego lo más importante, “La puesta en marcha”. La puesta en marcha fue la parte más sencilla, ya que al tener ajustados todos los parámetros mencionados anteriormente, solo era cuestión de monitorear las máquinas. 43 Este proceso consta de poner la máquina inyectora en un ciclo continuo (en donde no se debe interrumpir el proceso), y de igual forma poner en ciclo el robot, de esta manera ambos funcionan a la par, y así poder realizar el proceso de inyección de plástico de manera autónoma. Fig. 10.2.12.1 La imagen del lado izquierdo muestra la puesta en marcha de la máquina en ciclo continuo, por su parte la imagen del lado izquierdo muestra la puesta en marcha del robot en ciclo automático. 44 Xl. Resultados obtenidos Todas las actividades realizadas durante el proyecto tuvieron un resultado, pero los más importantes definen si se cumplieron los objetivos y lo que se obtuvo de las pruebas realizadas. Las siguientes tablas muestran los resultados del proyecto. OBJETIVO Instalar los robots cartesianos Rehabilitar los robots cartesianos Seguridad del operador Aumentar la producción RESULTADO Todos los robots fueron montados, pero solo 30 de 31 están instalados porque una máquina no sirve. Dos robots fueron rehabilitados y ambos sirven, pero uno no está en funcionamiento por falta del control. Los operadores ya no abren la máquina excepto para darle mantenimiento o para cambiar el molde. La producción de una máquina depende del molde que tenga, es decir, no todas producen al mismo ritmo. Los tiempos muertos generados por el operador al abrir la máquina y retirar el producto y la colada se eliminaron. Con esto aumento la producción entre 30 y 50% Tabla 11.1 La tabla anterior muestra algunos de los objetivos planteados y sus resultados obtenidos. PRUEBA Funcionamiento Comunicación máquina – robot Programación del robot Extracción del producto RESULTADO El robot responde correctamente a las órdenes indicadas desde el control. El robot está bien conectado a la máquina ya que sus movimientos son coordinados y pueden repetir un ciclo tras otro con repetición. La mayoría de los robots utilizaron el mismo programa. Cada robot funcionó correctamente con el programa seleccionado. El robot sujeta bien la pieza y la colada y logra retirarlas de la máquina. 45 Se logró la instalación completa de los 31 robots cartesianos en las máquinas inyectoras, y también la restauración de 3 robots empleados en producción de plásticos. Finiquitándose el proyecto en el tiempo planeado, y arrancando la operación una vez aprobada, integrando una línea de producción completamente automatizada, logrando satisfacer así la alta demanda de producción de los distintos productos de plástico fabricados dentro de la empresa. Tabla 11.2 La tabla muestra las pruebas realizadas y sus resultados obtenidos Fig. 11.1 La figura muestra la comparación entre el antes (izquierda) y el después (derecha) de la restauración de uno de los robot cartesianoes a los cuales se les aplico mantenimiento correctivo para su correcto funcionamiento. 46 Xl. Conclusiones y recomendaciones El realizar una estadía profesional en la empresa FOOD KEEPERS fue una experiencia única, puesto que me dejo aplicar y enriquecer mis conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera. El observar la infinidad de aplicaciones que puede tener alguna de las ramas en el área de automatización. También es importante mencionar la experiencia de tener una responsabilidad dentro de una organización así como tener conciencia de todas tus competencias actitudinales para un trabajo colaborativo y planificado, enfocado al logro de objetivos específicos. En el desarrollo del proyecto, participé en la programación, ajuste de grandes máquinas de inyección de plástico, de las cuales no contaba con ninguna experiencia, por lo tanto logré aprender acerca de dichos procesos; también tuve que enfrentarme a la instalación de los robots cartesianos, de los cuales solo tenía algunos conocimientos básicos, así que en base a un manual de operación y a una capacitación logre aprender más acerca de estos dispositivos y pude manipularlos de manera fácil y segura. En lo concerniente a las recomendaciones podría señalar lo siguiente: 1. Adaptar sensores, ya sea de tipo mecánico o inductivos en donde se encentran los topes mecánicos, esto con la finalidad de tener un sistema más seguro tanto para operador como para el robot. 2. Implementar más dispositivos para extracción de los productos ya que algunos tienen formas un poco difíciles de sujetar con los dispositivos empleados (ventosas, grippers, 47 pistones). Xll. Anexos En este capítulo la información se presentará en el orden siguiente: 1.- Diagramas de ubicación Layout. 2.- Esquema de conexión del robot con el PLC. 3.- Diagrama eléctrico del PLC. 4.- Rutinas de programación del robot. 5.- Información acerca de las alarmas desplegadas por un robot. 6.- Funciones básicas del control del robot. Fig. 12. 1 Distribución de planta. La imagen de la parte superior nos muestra la distribución de las máquinas sin robot, la segunda imagen nos indica donde se ubicaron los robots y sus tuberías (en color verde las maquinas con robot y en azul las tuberías de alimentación neumática y en rojo la alimentación eléctrica) Fig. 12. 2 Conexiones del robot al PLC Fig. 12. 3 Esquema de conexión Robot-PLC. Fig. 12. 4 Diagrama eléctrico del PLC Fig. 12. 5 Las imágenes muestran una parte del manual donde se especifican las rutinas o programas predeterminados. Fig. 12. 6 Segunda parte de las rutinas predeterminadas. Fig. 12. 7 parte final de las rutinas. Fig. 12. 8 Sección de Alarmas. Fig. 12. 9 Funciones básicas del robot Fig. 12. 10 Teclas básicas del control del robot. Fig. 12. 11 Continuación de las teclas rápidas. Xlll. Bibliografía [2] AEB ROBOTICS. (Diciembre de 2013). Obtenido de Robots de coordenadas cartesianas X-Y-Z: http://www.aens.es/es/aeb-robotics.html [9] Bicchi, H. (2003). Control Problems in Robotics. Siena, Italia: Springer. [3] Diseño de Moldes de inyección de plásticos. (Diciembre de 2013). Obtenido de http://docencia.udea.edu.co/ingenieria/moldes_inyeccion/unidad_2/proceso_inyeccion.h tml [7] Espinoza, J. C. (1999). Soldadura y Materiales. Madrid, España: Cultural. Francois C., A. Y. (2002). A flexible assembly cell integrating a parallel manipulator for accurate automatic assembly tasks. France : pp 308-313. [10] Gang, X. (s.f.). operating manual Ek Series. [4] García, F. R. (1999). Neumática e Hidráulica. Madrid, España: Cultural. [11] Lung-Wen, T. (1999). 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