Com as definições e ajustes realizados em bancada, foram iniciadas as etapas de montagem na linha de produção. Para realizar as etapas de montagem e instalação foi definido seguir a mesma ordem apresentada no diagrama do projeto, sendo: leitura, processamento 01, detecção, processamento 02, atuação, processamento 03 e demonstração dos resultados.
4.4.1 Leitura
A primeira etapa definida como leitura, detecta a embalagem na linha de produção e possibilita a execução das demais etapas.
De acordo com o projeto de posicionamento da linha de produção, buscou-se um local de fácil acesso com a possibilidade de espaço para o descarte das embalagens, bem como a
possibilidade de visualização dos resultados em display, apresentados na última etapa de visualização dos resultados. O local escolhido é demonstrado na figura 30, no anexo D é demonstrado o projeto da linha destacando o local escolhido.
Figura 30: Local escolhido para instalação do projeto
Fonte: o Autor
Com a definição do local de instalação, foi realizado a instalação do sensor para efetuar a leitura das embalagens. Optou-se por um sensor fotoelétrico da marca WENGLOR modelo HK12PB8.
Esse sensor possibilita a regulagem de sensibilidade para a distância de leitura, além de ser um sensor compacto, possibilitando uma fácil instalação junto a linha de produção. Na figura 31 é possível verificar o local onde foi instalado o sensor.
Figura 31: Sensor de leitura
Fonte: o Autor
Para executar a correta leitura da embalagem, foi ajustado o nível de sensibilidade do sensor de acordo com a distância entre o sensor e a superfície da embalagem.
4.4.2 Processamento 01
Essa etapa tem como objetivo definir a primeira interação com a plataforma arduino, definindo qual entrada digital receberá o sinal do sensor de leitura, juntamente com os devidos tratamentos executados na linguagem de programação.
Definido a entrada digital 13 para receber o sinal do sensor de leitura, devido a concepção do projeto foi necessário selar o pulso recebido na entrada 13. Dessa forma é possível realizar o processamento individual de embalagens.
Outro ajuste realizado nessa etapa foi a definição do tempo entre a leitura e a detecção, visando garantir o correto processamento do sistema. Para definição do tempo foi cronometrado de acordo com a velocidade da esteira de transporte, o deslocamento da embalagem entre leitura e detecção, conforme ilustrado na figura 32.
Figura 32: Tempo de deslocamento entre leitura e detecção
Fonte: o Autor
O tempo cronometrado foi aproximadamente 300ms, esse valor foi adicionado a função delay na linguagem de programação, dessa forma garantindo uma perfeita troca de sinais entre as etapas de leitura e detecção.
4.4.3 Detecção
Etapa onde é realizada a verificação da presença do canudo na embalagem através dos sensores definidos nos testes em bancada. De acordo com a particularidade de cada sensor foi realizado a fixação junto a esteira de transporte e definido a linguagem de programação para cada modelo.
Nessa etapa foi realizado a confecção do suporte para os sensores, juntamente com a conexão dos cabos elétricos.
O local de instalação foi definido em conjunto com a etapa de processamento 01, devido a definição do tempo entre leitura e detecção.
Para o sensor infravermelho, optou-se pela utilização dos dois sensores perpendiculares em relação ao canudo, conforme demonstra a figura 33 desse modo a leitura demonstrou melhores resultados.
Figura 33: Posição de instalação dos sensores infravermelhos
FONTE: o Autor
Cada sensor informa individualmente a leitura, portanto foi necessário utilizar duas entradas analógicas na plataforma arduino para receber os sinais de distância entre sensor e canudo. O tratamento desse sinal será descrito na etapa de processamento 02.
Para o sensor mecânico, foi utilizado dois sensores alinhados paralelamente com a angulação do canudo, a figura 34 demonstra a instalação possibilitando o acionamento no mesmo instante para os dois sensores.
A fixação do suporte com os sensores ficou de acordo com os testes validados em bancada, lembrando que o acionamento dos contatos é realizado a partir do movimento do conjunto haste e roldana.
Figura 34: Posição de instalação dos sensores mecânicos
Fonte: o Autor
Em consequência de a resposta dos sensores atuarem ao mesmo momento, possibilitou a ligação dos sensores em série definindo somente uma entrada digital na plataforma arduino.
Para diminuir possíveis erros de interferência eletromagnética, foi utilizado cabos de instrumentação com conectores circulares com rosca M12, o que possibilita também uma melhor flexibilidade do projeto quanto a troca ou manutenção dos sensores.
4.4.4 Processamento 02
A etapa que trata os sinais recebidos pelos sensores na etapa de detecção foi denominada processamento 02. Essa etapa recebe os sinais e determina qual será a atuação final.
Na utilização dos sensores infravermelhos foi definida uma leitura simultânea entre os dois sensores realizando a diferença entre as respostas, o resultado da diferença informa a presença ou ausência do canudo na embalagem.
Para receber os sinais analógicos foram definidas as entradas A0 e A5 na plataforma arduino. De acordo com os testes realizados, a diferença entre as respostas deve ser inferior a 0,2 cm, esse valor considera possíveis vibrações da embalagem durante o trajeto, além de considerar possíveis variações do formato da embalagem.
Na figura 35 é possível observar um fragmento da programação demonstrando o método utilizado.
Figura 35: Tratamento do sinal
Para os sensores mecânicos, o tratamento do sinal ocorreu a partir do método de interrupção. O método de interrupção visa interromper a programação quando há a ocorrência na entrada digital definida para o método.
A interrupção é denominada atrachInterrupt, o microcontrolador disponibiliza duas entradas digitais para essa função, sendo elas entrada 02 e entrada 03. Para esse projeto foi utilizada a entrada 02.
Para o tratamento dessa interrupção é necessário definir o modo de atuação de acordo com as seguintes descrições, disponíveis no site do fabricante Arduino(2016):
LOW: aciona a interrupção quando o estado do pino estiver em nível de tensão baixo.
HIGH: aciona a interrupção quando o estado do pino estiver em nível de tensão alto.
CHANGE: aciona a interrupção quando o estado do pino mudar de níveis de tensão.
RISING: aciona a interrupção quando o estado do pino mudar de nível de tensão baixo para nível alto.
FALLING: aciona a interrupção quando o estado do pino mudar de nível de tensão alto para nível baixo.
O microcontrolador reconhece como nível de tensão baixo o valor de 0 volts e nível de tensão alto os valores entre 3,3 volts e 5 volts.
De acordo com a método de programação utilizado, foi definido o modo HIGH para o tratamento da função interrupção, conforme pode ser observado no fragmento da programação figura 36.
As demais funções foram testadas, porém alteram a lógica de programação e não apresentam a mesma eficiência que a função escolhida.
Figura 36: Função interrupção
Fonte: o Autor
Para eliminar possíveis valores flutuantes de tensão e garantir o correto funcionamento da interrupção foi optado pela ligação com resistor pull-down de 10 KΩ, conforme ilustra a figura 37.
Figura 37: Ligação com resistor pull-down
Resistores pull-down são resistores que tem por objetivo garantir que o processador sempre receba nível lógico baixo na ausência de um sinal de entrada, dessa forma elimina valores flutuantes de tensão.
Outra função dessa etapa, está relacionada a definir qual será a ação da atuação de acordo com os valores recebidos e tratados anteriormente. Foi definido como saída digital para a atuação a saída 07 da plataforma.
No caso dos sensores infravermelhos quando ocorrer um resultado da diferença maior que 0,2 cm a saída de atuação é acionada permitindo que seja gerado o descarte da embalagem, caso contrário a embalagem continua o trajeto.
Para realizar as duas leituras analógicas sem sofrer interferência entre as entradas analógicas fez-se necessário o uso de um delay entre as chamadas de cada função. Esse delay possibilita que o microcontrolador armazene cada valor lido em frações de microssegundos, possibilitando uma leitura correta de cada sinal analógico.
Na utilização do sensor mecânico, quando ocorrer a interrupção o sistema confirma a presença do canudo e não gera o descarte, porém, se a interrupção não for acionada o sistema entende que a embalagem não possui canudo e aciona o descarte.
Devido a utilização em série dos sensores, é garantido que a embalagem seja removida na ocorrência dos três tipos de problemas demonstrados anteriormente.
Os tempos de acionamento e atuação do descarte foram ajustados de acordo com a posição de instalação do sistema de atuação. Na figura 38 é possível observar os tempos estipulados na programação.
Também é possível observar na imagem o método utilizado para selar o pulso da etapa de leitura, possibilitando a execução da programação individual para cada embalagem.
Figura 38: Tempos para o sistema de atuação
Fonte: o Autor
É possível observar que o tempo estipulado da etapa de leitura até a atuação totaliza 450ms, sendo 300ms o tempo entre leitura e detecção e 150ms da detecção até o descarte. Na ocorrência de atuação o tempo que a saída fica acionada é igual a 100ms, garantindo o descarte em toda a largura da embalagem, removendo a embalagem não conforme da linha de produção. 4.4.5 Atuação
A etapa de atuação compõe o sistema de descarte do projeto, sendo composto por: pistola de descarte, rede de coleta, válvula solenoide e relé.
A pistola de descarte tem a função de direcionar o ar comprimido sobre a embalagem, com uma pressão suficiente para deslocar do trajeto original uma embalagem de 200 ml fora dos padrões propostos, em consequência realiza o descarte dessa embalagem.
Para atingir níveis aceitáveis de pressão e velocidade de saída do ar comprimido, foi confeccionado a pistola de descarte realizando uma redução do orifício na saída em relação a entrada, sendo que a entrada possui um diâmetro de 6 mm e a saída 2 mm. A figura 39 demonstra a pistola de descarte e o suporte ajustável confeccionados.
Figura 39: Pistola de descarte
Fonte: o Autor
A pistola de descarte foi confeccionada em aço inoxidável 304, para a conexão do ar comprimido foi utilizado uma conexão em angulo roscada 6mm. A pressão da linha de ar comprimido na entrada do sistema foi registrada em aproximadamente 7,5 bar.
Para garantir o correto funcionamento do sistema de descarte foi necessário realizar alterações nas guias de embalagens, possibilitando espaço para o deslocamento da esteira de transporte para a rede de coleta, na figura 40 é demonstrada a alteração realizada.
Figura 40: Alteração nas guias de embalagens
Fonte: o Autor
A posição de instalação do descarte foi selecionada de acordo com a condição física da esteira de transporte. Essa posição foi ajustada nos tempos de delay da programação demonstradas anteriormente na figura 38.
Para coletar as embalagens descartadas pelo sistema de inspeção, optou-se por um modelo de rede de coleta, onde a função é basicamente coletar em um só ponto, possibilitando aos operadores do processo definir o destino final dessas embalagens. Na figura 41 é demonstrado o local definido para instalação.
A rede de coleta não acarreta danos as embalagens descartadas, dessa forma as embalagens continuam integras, ficando a critérios da equipe de operação avaliar o retorno manual para a máquina aplicadora de canudos. Caso essa ação seja tomada, será realizado uma nova avaliação do sistema de inspeção, garantindo os padrões definidos.
Figura 41: Rede de coleta
Fonte: o Autor
Para realizar o acionamento do descarte foi utilizada uma válvula solenoide anterior a pistola de descarte. Sabendo o valor da pressão de entrada, buscou-se uma válvula que apresentasse baixa queda de pressão em seu acionamento. Optou-se pelo modelo 5122-1515da marca WERKSHOT, pois atende esse requisito.
Efetuando a interligação da plataforma arduino com a válvula solenoide, foi utilizado um relé modelo ML2RC-5V-5VDC marca METALTEX com capacidade de corrente elétrica de 2ª, demonstrado na figura 42.
A utilização do relé garante a integridade das saídas digitais do microcontrolador, pois utiliza sua tensão somente para acionamento a bobina do relé.
Figura 42: Modelo de relé utilizado
Fonte: (Robocore, 2017)
A utilização desse equipamento possibilitou realizar o acionamento com a tensão disponível nas saídas digitais da plataforma (5V). A tensão utilizada para a parte de potência do relé (24V) originou-se de uma fonte externa da plataforma, efetuando a atuação da válvula solenoide.
4.4.6 Processamento 03
Etapa onde realiza a verificação de todas as embalagens que foram produzidas no lote de fabricação, juntamente com a verificação das embalagens que foram descartadas pelo sistema de inspeção.
Essa etapa visa realizar a interação do sistema de inspeção com os envolvidos ao processo, demonstrando em um display de LCD os resultados obtidos.
Para realizar a contagem das embalagens que foram produzidas no lote de fabricação, foi utilizado o sinal do sensor de leitura como forma de incrementar os dados do contador.
O resultado das embalagens descartadas pelo sistema utiliza o mesmo método de contagem, porém coleta os dados a partir da quantidade de acionamentos para a atuação do descarte.
A figura 43 demonstra os fragmentos da programação com os métodos utilizados para a contagem.
Figura 43: Contador de embalagens
Fonte: o Autor
Os valores calculados em cada contador serão demonstrados em um display de LCD. Nessa etapa foi realizado a programação para a exibição dos caracteres de acordo com as bibliotecas disponíveis na IDE.
O display utilizado possui duas linhas e dezesseis colunas, portanto optou-se por demonstrar os resultados do seguinte modo: primeira linha demonstra os valores de embalagens produzidas; segunda linha demonstra os valores de embalagens rejeitadas pelo sistema de inspeção.
4.4.7 Demonstração dos Resultados
Essa etapa demonstra os resultados no display LCD 16X2 programados na etapa anterior. Na figura 44 é possível verificar a demonstração dos resultados
Figura 44:Demonstração dos resultados
Fonte: o Autor
Para a fixação do display foi realizado a instalação em um painel com as dimensões de 80X120mm, o mesmo foi identificado como: “SISTEMA DE INSPEÇÃO”. Posteriormente definiu-se o local de instalação possibilitando uma fácil visualização dos resultados, conforme pode ser verificado na figura 45.
Figura 45: Demonstração dos resultados
Fonte: o Autor
Essa etapa possibilita confirmar a eficiência do sistema de inspeção automatizado, demonstrando os resultados obtidos em cada lote de produção. A informação de embalagens produzidas e embalagens descartadas, auxilia no controle de produção, possibilitando a visualização pelos funcionários.
Outro benefício da demonstração dos resultados, está ligado ao setor de manutenção das linhas de produção, visto que de acordo com o quantitativo de embalagens descartadas possibilita a criação de planos de ação para solucionar o problema de aplicação dos canudos.
5 RESULTADOS
Para verificar a eficiência desse projeto optou-se por realizar testes com 100 embalagens, onde 45 delas apresentavam problemas. Dessa forma foi realizada a avaliação dos métodos de detecção propostos.
As 45 embalagens que apresentavam problemas foram divididas da seguinte forma, conforme pode ser observado na figura 46.
15 embalagens sem canudo;
15 embalagens com o canudo fixado somente na parte superior;
15 embalagens com o canudo fixado somente na parte inferior.
Figura 46: Divisão das embalagens com problemas
Definido como padrão de comprovação dos testes, a realização de três análises para cada método, dessa forma confirmando a eficiência do sistema de inspeção.