Los sensores en Ia producción

Los sensores
en Ia producción
José Antonio Velasquez Costa*
R E S U ME N: L os s en s o re s s on e l e m e n t os f í s i c o s q u e pertenecen a
un tipo de dispositivo llamado transductor. Los t ransductores s on elem entos
c apaces de tran sform ar un a variable física a otra diferente. Los sensores
captan las señales neces arias para conocer el estado del proceso y decidir
su desarrollo futuro. Detectan posición, presión, temperatura, c audal,
velocid ad y acelerac ión entre otras variables. L os sensores más
utilizados en la industria son de proxim idad y verem os cuales son sus
aplicaciones en el Laboratorio CIMURP.
ABSTRAC T: The sensors are physical elem ents that belong t o a t ype o f
devide c alled tran sducer, The tran sducers are elements capable t o
transform a physical variable to another different one, The sensors capture
the necessary signs to know the state of the process and to decide their future
development. They detect position, pressure, temperature, flow, speed and
acceleration among many other variables. The sensors more used in the
industry are Proximity Sensors and we will see which are their applications in
the Laboratory CIM of the University Ricardo Palma.
DEFINICION
Un sensor es un dispositivo que responde a propiedades de
tipo eléctrico, mecánico, térmico, magnético, químico, etc.;
generando una señal eléctrica que puede ser susceptible de
medición. Normalmente las señales obtenidas a partir de un
sensor son de pequeña magnitud y necesitan ser tratadas
convenientemente en aspectos de amplificación y filtrado.
Si a un elemento sensor se le adjunta un dispositivo de
acondicionamiento de la señal, entonces se le denomina
transductor.
La gama de sensores disponibles en el mercado es muy
amplia, con el objeto de responder a los múltiples problemas de
detección que se plantean en las máquinas de fabricación.
Los sensores basados en fenómenos eléctricos, magnéticos u
ópticos adoptan una estructura general que se componen de tres
etapas:

Sensor o captador. Efectúa la conversión de las variaciones
de una magnitud física en variaciones de una magnitud
eléctrica o magnética.

Etapa de tratamiento de la señal. Puede o no existir, se
encarga de efectuar el filtrado, amplificación y comparación de
la señal mediante circuitos electrónicos.

Etapa de salida. Está formada por los circuitos de
amplificación, conversión o conmutación necesarios en la
puesta en forma de la señal de salida.
CLASIFICACION
Desde el punto de vista de la forma de la variable de salida,
podemos clasificar los sensores en dos grupos: analógicos, en
los que la señal de salida es una señal continua, analógica; y
digitales, que transforman la variable medida en una señal
digital, a modo de pulsos o bits. En la actualidad los sensores
más empleados son los digitales debido sobre todo a la
compatibilidad de su uso con las computadoras.

Sensores analógicos. Suministran una señal proporcional
a una variable analógica, como pueden ser presión,
temperatura, velocidad, posición.
* Ing.
Industrial, docente, Jefe del laboratorio CIM – URP
([email protected])

Sensores digitales o "Todo o Nada". Este tipo de captador
suministra una señal que solamente tiene dos estados,
asociados al cierre o apertura de un contacto eléctrico, o
bien, a la conducción o corte de un interruptor estático
como transistor a tiristor. Son los má s u ti l izad os en l a
autom a tiza c ión d e movimiento y adoptan diferentes
formas: detector de proximidad inductivo, capacitivo, óptico,
magnético, entre otros.
CARACTERÌSTICAS GENERALES
A los sensores, s e l es
c a rac terí s ti ca s:
debe exi gi r u na
seri e de

Exactitud. Debe poder detectar el valor verdadero de la variable
sin errores sistemáticos. Sobre varias mediciones, la desviación
de los errores cometidos debe tender a cero.

Precisión. Una medida será más precisa que otra si los posibles
errores aleatorios en la medición son menores.

Rango de funcionamiento. Debe tener un amplio rango de
funcionamiento, es decir, debe ser capaz de medir de manera
exacta y precisa un amplio abanico de valores de la magnitud
correspondiente.

Velocidad de respuesta. Debe responder a los cambios de la
variable a medir en un tiempo mínimo Lo ideal sería que la
respuesta fuera instantánea.

Calibración. Es el proceso mediante el cual se establece la
relación entre la variable medida y la señal de salida que produce
el sensor. La calibración debe poder realizarse de manera
sencilla y además el sensor no debe precisar una recalibración
frecuente.

Fiabilidad. Debe ser fiable, es decir, no debe estar sujeto a
fallos inesperados durante su funcionamiento.

Coste. El coste para comprar, instalar y manejar el sensor debe
ser lo más bajo posible
Los sensores de este tipo constan básicamente de una
bobina y de un imán. Cuando un objeto ferromagnético penetra
o abandona el campo del imán el cambio que se produce en
dicho campo induce una corriente en la bobina; el
funcionamiento es sencillo; si se detecta una corriente en la
bobina, algún objeto ferromagnético ha entrado en el campo del
imán.
C o m o p od e m os d e du c i r rá p i da m en t e, e l g ra n
inconveniente de este tipo de sensores es la limitación a objetos
ferromagnéticos, aunque en aplicaciones industriales son
bastante habituales.
Los sensores inductivos están presentes en seis estaciones del
La boratori o
CIM.
Las
estac iones
de
s olda dura,
ensamblaje, prensa, FMS y control de calidad las necesitan
para indicar al PLC cuando un pallet está presente en cada
estación. Estos pallets contienen materias primas, productos
intermedios o productos terminados. Los productos pueden ser
bases sin procesar, tapas sin procesar, pines sin procesar, PCB sin
soldar, bases procesadas, tapas procesadas, pines procesados,
PCB soldados, PCB soldados y con inspección y el producto
terminado que es la ruleta electrónica. Cuando estos productos
deben ser procesados, un robot coge los pallets y los lleva a
posiciones predeterminadas donde son colocados temporalmente,
es aquí donde el sensor inductivo ubicado en cada una de las
posiciones, detecta el pallet presente y le transmite esta
información al PLC para que continúe un proceso secuencial.
En la figura 1 se muestra sensores inductivos que detectan el paso de
vagones por la banda transportadora. Estos vagones transportan a los pallets,
los que a su vez alojan a los productos. Cada vez que un vagón pasa por estos
sensores, el sensor de proximidad se activa y manda una señal al PLC
indicándole que un vagón se está aproximando a una siguiente estación de
trabajo. En la figura 2 se muestra el sensor inductivo de la estación de
Prensa Hidráulica este sensor está ubicado
SENSORES DE PROXIMIDAD
Por lo general se trata de sensores con respuesta a todo o
nada, con cierta histéresis en la distancia de detección, con
salida de interruptor estático (transistor, tiristor, triac). Algunos
pueden dar una salida analógica proporcional a la distancia.
S en so r es i n d u ct ivos
Este tipo d e sensores s e ba sa n en el ca mbio de
inductancia que provoca un objeto metálico en un campo
magnético.
Figura 1.Sensor inductivo de la banda transportadora
verifica que existan pines procesados en los pallets
correspondientes, para ello el robot tiene un sensor acoplado
en su muñeca. Cuando el sensor detecta un pin, el robot lo
coge y lo coloca en la tapa de la ruleta electrónica. Cada
ruleta necesita de cuatro pines, por lo que el robot
cuando no detecta la presencia de un pin, automáticamente
pasa a detectar la pres en cia de u n segundo pin y a sí
sucesivamente hasta conseguir que el robot ensamble los 4
pines requeridos (Fig. 4).
Figura 2. Sensor inductivo de la estación de prensa hidráulica
en un bloque llamado Posición 1, el cual permite alojar
temporalmente los pallets. De la misma manera , cuando el
brazo robótico de la estación de prensa coge un pallet y lo coloca
en la posición 1 de esta estación, el sensor se activa, enviando esta
información al PLC.
Sensores capacitivos
Como su nombre indica, están basados en la detección de un
cambio en la capacidad del sensor provocado por una superfi ci e
próxi ma a és te. Cons ta n de dos el ementos principales; un
elemento cuya capacidad se altera (que suele ser un condensador
formado por electrodos), y el dispositivo que detecta el cambio de
capacidad (un circuito electrónico conectado al condensador).
Figura 3. Sensor cap acitivo de la estación FMS
Estos sensores tienen la ventaja de que detectan la proximidad
de objetos de cualquier naturaleza; sin embargo, hay que
destacar que la sensibilidad disminuye ba stante cua ndo la
distanc ia es sup eri or a algu nos milímetros. Ademá s, es
muy dependiente del tipo de ma teria l. Por ejemplo, a una
distancia de 5 mm, la medida del cambio de capa cidad es el
doble más precisa si el elemento que se aproxima es hierro,
que si es PVC.
Este tipo d e s ensores permite detec ta r materia les
metálicos o no, pero su sensibilidad se ve muy afectada por el
tipo de material y grado de humedad ambiental del cuerpo a
detectar. Las aplicaciones típicas son en la detección de
materia les no metá licos com o vidrio, cerá mica, plástico,
madera, agua, aceite, cartón, papel, etc.
Sensores de este tipo están presentes en los robots de la
estación de ensamblaje y FMS, en ambos casos el sensor
capacitivo cumple la misma función, que es detectar la
presencia de pines. El robot de la estación FMS poses un sensor
capacitivo en su muñeca y lo utiliza para detectar los pines sin
procesar que van a ser procesados en el Torno CNC, para ello
primero tiene que detectar los pines y cuando los detecta , los
coge (Fig. 3). En el caso de la esta ción de ensamblaje el robot
Figura 4. Senso r cap acitivo d e la estación d e ensamblaje
Sensores Ópticos
Emplean fotocélulas como elementos de detección. A
veces disponen de un cabezal que contiene un emisor de luz
y la fotocélula de detección del haz reflejado sobre el objeto.
O tros tra ba ja n en modo barrera y se utilizan pa ra
cubrir mayores distancias, con fuentes luminosas
independientes del detector. Ambos tipos suelen trabajar
con frecuencias en la banda de infrarrojos.
El
Su utilización principal es como detectores de posición.
principio de funcionamiento está basado en la
generación de un ha z luminoso por pa rte de un fotoemisor,
que se proyecta sobre un fotorreceptor, o bien, sobre un
dispositivo reflectante. La interrupción o reflexión del haz, por
parte del objeto a detectar, provoca el cambio de estado en la
salida de la fotocélula.
los coge y los lleva hacia un vagon ubicado en la banda
transportadora. De manera similar el brazo detecta si es
que un vagón contiene pallets y los retira para guardarlos
en el almacén.
Los sensores ópticos de la estación de soldadura están
Se clasifican según su sistema de detección:
ubicados en el magazine de clip de baterías y en la
posición de soldadura. El sensor ubicado en la posición de
 Sistema de detección de “barrera
soldadura detecta la presencia del PCB que va a ser
soldado con el clip de batería. Otro sensor òptico es
 Sistema de detección “réflex”
utilizado para el robot sepa cuando existe la presencia de
clips para que lo pueda coger y llevarlo a la posición de
 Sistema de detección “autoreflex”
soldadura, donde se encuentra un PCB sin soldar. Luego
de ello el robot une ambos tanto el PCB como el clip
Sensor fotoeléctrico de barrera
mediante un proceso de soldadura.
Dispone de emisor y receptor de haz luminoso dispuestos
separadamente
En la estación de ensamblaje hay sensores ópticos en los
magazines o almacenes temporales. El magazine 1 que
Sensor óptico tipo réflex
sirve para alojar tapas procesadas y van apiladas unas
sobre otras. Aquí hay un sensor óptico fotoeléctrico de
Concentra en un solo bloque el emisor y receptor, siendo más
barrera (Fig. 5), en el ma gazine 2 también hay un
fácil su instalación, aunque requiere u dispositivo reflector. Para
sensor óptico fotoeléctrico de ba rr era y s ir ve p a ra
este cometido se suele emplear un sistema catadióptrico, que
det ec ta r
tiene la propiedad del triedro trirectangular, el cual refleja la luz
requieren ser ensambladas. El magazine 3 aloja a las
en la misma dirección en la que llega.
ba terí a s y es un senso r de ti po a utoréfl ex. La
la s
b a s es
q ue
ha n
s id o
procesadas y
prens a hidrául i ca ta mbi én ti en e un sensor óp tico
Dispone de una mayor distancia de detección que el sistema de
barrera, teniendo en cuenta que el trayecto que recorre el haz de
luz es el doble.
que s irva pa ra detectar la presencia de ruletas
el ec trónicas q ue van a ser prensadas. La estación de
control de calidad tiene sensores ópticos que detectan
la presencia de los PCBs que van a ser inspeccionados
Sensor óptico tipo autoréflex
(Fig. 6).
En este sistema es el propio objeto a detectar el que funciona
como
elemento
reflector,
lo
cual
simplifica
la
tarea
de
instalación. Por el contrario, su inconveniente es que dispone de
una menor distancia de detección en comparación con los dos
tipos anteriores.
Las ventajas de este tipo de detectores son la inmunidad a
perturbaciones electromagnéticas, las grandes distancias de
detección, alta velocidad de respuesta, identificación de colores y
detección de pequeños objetos. Una variante importante son los
construidos de fibra óptica que permite separar el punto emisor
y el detector de la unidad principal del sensor con las ventajas
de accesibilidad que ello proporciona.
En el CIM encontramos sensores ópticos en cinco estaciones
de trabajo, Almacén o AS/RS (Automatic Storage & Retrieval
System), Soldadura, Ensamblaje, Prensa Hidráulica, Control de
Calidad. La estación AR/RS utiliza este sensor para detectar la
presencia de pallets, para ello cada pallet tiene adherido un
dispositivo reflector. Cuando los pallets son retirados del
almacén, el brazo robótico detecta qué pallets estan disponbles,
Figura 5 . Sensor óptico de la estación de ensamblaje
i nd i c a a l PL C su p os i c i ón , es t a i nd i c a ci ó n
t a mb i é n l a da c u a nd o e l d i sp osi t i v o s a l e d e la
z on a d e p r en sa d o.
Figura 6. Sensor óptico de la estación de control de calidad
Sensores magnéticos
L o s s en s or es m a gn é ti c o s u sa n e l e f ec t o M a g n et o
R es i s ti vo ,
p r op i e da d
p or
la
c ua l ,
un
ma ter i a l
m a gn ét i c o c a mb ia s u r es i s te n c ia en p r es en c i a d e u n
c a mp o
ma g n é ti c o
e x t er n o.
Es t o
p rop or c i on a
un
e xc el en t e
m ed i o
pa ra
m ed i r
c on
p r ec i s i ón
d es p l a za mi en t os l i n ea l e s y a n g u l a r es ( p or e j em p l o, en
v a r i l l a s m e tá l i ca s , l ev a s , c r em a l l er a s ) , p u es p eq u eñ o s
m ovi m i en tos m ec á n i c o s p ro du c en c a mb i o s m ed i b l e s en
e l c a mp o m a gn ét i c o.
L o s s e n s o r e s d e e s t a s e r i e en c u e n t ra n a pl i c a c i ó n en
i n s tr um e n t a ci ó n y c on t ro l d e p roc es os , c o m o ta m b i é n
e n a u tom a t i za ci ó n i n d u s tr ia l .
S o n s en s or es q u e s e a p l i c a n fu nda m en ta l m e n t e e n
l a d e te c c i ó n d e p os i c i ón d e l os c i l in d ro s n eu má t ic os .
E n l o s c i l i n d r os e xi s t e u n i m á n q u e p er m a n e c e f i ja d o
e n el p i s tó n d el c i l i nd r o. L os s e n s ore s m a g n ét i c o s s e
e n c u en tr a n e n l a s e s t a c i o n es A S / RS , s o ld a d u ra ,
e n s a mb l a j e , p r en s a h i d rá u l i ca , F M S , c o n tr ol d e c a l id a d
y l a ba nda t ra n s p or ta d o ra . La es ta c i ón A S / R S us a l o s
s en s o re s m a gn é t i c os pa ra i n d i ca rl e a l b ra z o rob ót i c o
h a s ta d on d e d es p l a za r s e en el ej e X , a d e m á s d e
i nd i c a rl e c ua n d o es q u e e s t á r et i ra n d o o c ol oc a n d o
o b j et os d es d e y h a c ia e l a l ma c én ( F i g. 7 ) . L a es ta c i ón
d e s ol da du r a n ec es i t a l o s s en s or es m a gn é ti c os pa ra
q u e e l ro b o t en ví e l a s eñ a l a l P L C c ua n d o s u gri pp er s e
e n c u en tr e a b i e rt o o c e rr a d o . La e s ta c i ón d e e n s a mbl a j e
t i en e s en s or es m a gn é t i c os q u e e s t á n i n s ta l a d os en e l
c u e rp o d e l o s c i li nd ros n eu má ti c o s ubi c a d o s en c a da
m a ga zi n e , a d e m á s d e te n er ot r o e n el m o d ul o d e
g ri p p er , el c ua l l e p e rm i t e a l r ob o t p od er a c o pl a r s e a
o tr o gr i p p er p a ra q u e pu eda c og er c o rr ec ta m en t e l o s
p in es p ro c e s a d os . Es to s s en s or es ta m bi én e s t á n
u b i ca d os e n la e s t a c i ó n d e p r en s a h i d rá u li ca y s e u s a n
p a ra in di ca r l e a l P LC el e s t a d o d e l a p u e rt a d e i n gr es o
( a b i e rt a o c e rr a da ) , p o r d ond e i n g re s a l a rul et a
e l ec t r ón i c a h a c i a l a zo n a d e p re n s a d o . La r ul et a ll eg a a
l a z on a d e p r en s a d o s ob re u n d i s p o s i ti vo q u e s e m u ev e
a t ra vé s d e u n r i e l . C ua nd o e s t e d i s p o s i ti v o en t ra a l a
z on a d e p re n s a d o , ha y un s e n s or ma g n ét i c o q ue l e
Figura 7. Sensor magnético de la estación AS/RS
L a p r en s a e n sí ta mb i én ti en e un s en s or
m a gn ét i c o q u e l e i n d i c a a l PL C c ua n d o és ta s e
e n c u en tr a a rr i b a o a ba j o. L a e s t a c i ó n F M S , a l
i gu a l q u e la es ta c i ón d e e n s a mbl a j e, p o s ee
s en s or es m a gn ét i c os en e l m od u l o d e g ri pp er , el
c ua l l e p e rm i t e a l ro b ot p od e r a c op l a r s e a ot ro
g ri p p er pa ra q u e p u e da c o ge r c or r e c t a m e n t e l os
p in es s i n p r oc es a r. E n l a es ta c i ón d e c on t r ol d e
c a l i da d , l o s s e n s o re s s e u ti l i za n pa ra i nd i ca rl e a l
P LC cu a nd o l o s s u j et a d or es h a n c og id o a l PC B `s
e n l a z on a d e c o n t ro l , ta m b i é n s e p u ed en a p re c i a r
e n e l c u e rp o d el ci l i n d r o n e u má ti c o q u e h a c e
d es p l a za r la cá m a ra d e i lu m in a c i ón d e d i c ha
e s t a c i ó n . L a b a n d a tr a n s p o rt a d ora t i en e p i s to n es
q u e s u b e n y b a j a n pa ra d e te n er l o s v a g on e s q u e
v a n s o b r e el l a . Es t os p i s to n e s t i en e d os es ta d os
( a c ti v a d o o d e s a c ti v a d o ) , e l s e n s o r ma g n ét i c o l e
i nd i c a l a p o s i ci ón d e l os pi s t on es a l P L C y d e
a cu erd o a una l óg i c a d e c o n tr ol s e c o n t i n ua c o n
e l p r oc es o.
P o r l o ex p l i c a d o a n t e ri or m en t e s e p u ed e
c on c l u i r q u e e xi s t e u n a gr a n va ri ed a d d e s en s o res
y c u ya u t i li za c i ón s ól o d ep e nd e d e l a ma g ni tu d
q u e e n l a p rá c ti ca s e d es ea m e d i r u obs er va r. N o
q u i er o d ej a r d e re s a l ta r l a i mp o rta n ci a d e l os
s en s or es e n a l á mb i to i nd u s t r ia l , y a q u e to d a s l a s
e m p r es a s q u e s e d e d i c a n a l a f a b ri ca c i ón o
e l a b o ra ci ón d e di f er en t es p r od u c t os ti en e l a
n ec es i d a d d e ha c e r u s o e i m p l e m en ta r es t a
t ec n o l o gí a en s u s p r oc e s o s , c on el fi n d e a dq u i r i r
a l g ú n t ip o d e d e te c c i ó n y c on tr ol d e l a s va r i a bl es
e n s u s s i s t em a s d e p r od u c c i ón .
Referencias bibliográfica
1. Elmer Ramírez. Controladores Lógicos Programables
2. Emilio García Moreno. Automatización de Proceso
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