UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM ELETROTÉCNICA
MODALIDADE AUTOMAÇÃO DE ACIONAMENTOS INDUSTRIAIS
ROGÉRIO PRESTES SANTOS LIMA
CLAUDINEI SANTOS SOUZA CARVALHO
IMPLANTAÇÃO DE UM SISTEMA DE VISÃO
COMPUTACIONAL APLICADA AO CONTROLE DE
QUALIDADE DE AGULHAS EM UMA INDÚSTRIA
FARMACÊUTICA
TRABALHO ACADÊMICO
CURITIB A 2014
IMPLANTAÇÃO DE UM SI STEMA DE VISÃO
COMPUTACIONAL APLICADA AO CONTROLE DE
QUALIDADE DE AGULHAS EM UMA INDÚSTRIA
FARMACÊUTICA
Trabalho de conclusão de curso apresentado como requisito parcial para obtenção de grau de Tecnólogo em Eletrotécnica, Modalidade Automação de Acionamentos Industriais, do curso Superior de Tecnologia em Eletrotécnica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Orientadora: Profª. Rosângela Winter, M.Sc.
CURITIB A 2014
ROGÉRIO PRESTES SANTOS LIMA
CLAUDINEI SANTOS SOUZA CARVALHO
IMPLANTAÇÃO DE UM SISTEMA DE VISÃO
COMPUTACIONAL APLICADA AO CONTROLE DE
QUALIDADE DE AGULHAS EM UMA INDÚSTRIA
FARMACÊUTICA
Este Trabalho de Diplomação foi julgado e aprovado como requisito parcial para a obtenção do Título de Tecnólogo em Eletrotécnica, Modalidade Automação Industrial, do Curso Superior de Tecnologia em Eletrotécnica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Curitiba, 30 de maio de 2014
____________________________________ Prof. José da Silva Maia, M.Sc.
Coordenador de Curso
Departamento Acadêmico de Eletrotécnica
____________________________________ Prof. Rafael Fontes Souto, M.Sc.
Responsável pelo Trabalho de Diplomação da Tecnologia Departamento Acadêmico de Eletrotécnica
BANCA EXAMINADORA
________________________________ Profª. Rosângela Winter , M.Sc.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Orientadora
_____________________________________ Prof. Ednilson Soares Maciel, M.Sc.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
_____________________________________ Prof. Márcio Aparecido Batista, M.Sc
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
_____________________________________ Prof. Marcelo Rodrigues, Dr.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Tendo a empresa a necessidade de aumentar sua produção para atender a demanda crescente de agulhas e também diminuir suas perdas produtivas e reclamações de clientes, a equipe de automação da empresa foi acionada para ajudar a desenvolver uma solução a fim de melhorar o método de inspeção de qualidade de agulhas. Em uma máquina montadora havia um sistema de inspeção baseado em sensores de fibra ótica. Esses sensores apresentavam falhas que não garantiam a total inspeção. Depois de analisar a situação do equipamento, um sistema composto de uma câmera de visão, módulo de controle e monitor de vídeo foi proposto como uma nova ferramenta de controle de qualidade. Após terem sido realizados testes tanto em bancada como na máquina montadora de agulhas, o sistema de visão foi implementado, garantindo assim a integridade do produto final, consequentemente aumentando a produção e reduzindo expressivamente as reclamações de clientes relacionadas à qualidade do produto.
LISTA DE QUADROS E GRÁFICOS
QUADRO 1 – Custos de implantação do sistema de visão ... 36
QUADRO 2 – Entradas/saídas do CLP_CQM1H e do módulo CV - 3002 ... 37
GRÁFICO 1 – Índices de reclamações... 46
FIGURA 1 – Pouca aplicação de resina ... 12
FIGURA 2 – Ausência de cânula e cânula torta ... 13
FIGURA 3 – Gradilha de agulhas ... 13
FIGURA 4 – Etapas do sistema de inspeção ... 17
FIGURA 5 – Foto transmitida pelo sistema Bartlane em 1921 ... 20
FIGURA 6 – Sequência do processamento de uma imagem... 21
FIGURA 7 – Escala de cinza de uma imagem monocromática de 8 bits ... 22
FIGURA 8 – Função de realce da imagem... 23
FIGURA 9 – Imagem padrão de um sistema de inspeção ... 24
FIGURA 10 – Imagem real de um sistema de inspeção... 24
FIGURA 11 – Inspeção de resina epóxi lado direito e esquerdo ... 26
FIGURA 12 – Sensores de inspeção de resina ... 27
FIGURA 13 – Detalhe de uma gradilha com uma peça ... 28
FIGURA 14 – Sistema montado para teste ... 29
FIGURA 15 – Vista Superior da AGMO 07 ... 32
FIGURA 16 – Câmera do fabricante A ... 33
FIGURA 17 – Câmera do fabricante B ... 34
FIGURA 18 – Câmera do fabricante C ... 35
FIGURA 19 – Câmera do fabricante D ... 36
FIGURA 20 – Sensores do Sistema de Visão ... 38
FIGURA 21 – Ferramentas do Sistema de Visão ... 39
FIGURA 22 – Referência do eixo “X” e “Y” das ferramentas ... 40
FIGURA 23 – Canula_01 ... 41 FIGURA 24 – Epoxi_01 ... 41 FIGURA 25 – Canula_02 ... 41 FIGURA 26 – Epóxi_02 ... 41 FIGURA 27 – Epóxi_03 ... 41 FIGURA 28 – Aba_Canhão ... 41 FIGURA 29 – Pres._Peça ... 41 FIGURA 30 – AbaCanhão00 ... 41 FIGURA 31 – Epóxi_04 ... 41
FIGURA 32 – Estação de rejeição ... 42
FIGURA 34 – Visão geral do SV ... 44
FIGURA 35 – Detalhe interno do painel ... 44
FIGURA 36 – Sistema em funcionamento ... 45
FIGURA 37 – Câmera instalada ... 45
FIGURA 38 – Teste preliminar em bancada ... 48
AGMO07 Agulhas Montadora 07 BIT Binay digit
CCD Channging coupled device CLP Controlador lógico programável CPM Ciclos por minuto
EUA Estados Unidos da América IP Internet Protocol
LED Diodo emissor de luz (light emitter diode) MB Megabyte
RGB Red, green, blue
RMC Região metropolitana de Curitiba ROI Region of interest
SI Sistema Internacional de Unidades SV Sistema de visão
VCC Tensão em Corrente Contínua TCC Trabalho de conclusão de curso
LISTA DE SÍMBOLOS
” Símbolo de pol egada
% Sinal de porcent agem ∞ Símbolo de i nfi nito < Símbolo de m enor > Símbolo de m aior h Unidade hora no S I min Unidade minuto no S I mm Unidade milím et ro no S I ms Unidade miliss egundo no S I s Unidade segundo no S I
V Unidade de t ens ão el étrica no S I W Unidade de potên cia el étri ca no S I
1 INTRODUÇÃO ... 10
1.1 TEMA ... 10
1.1.1 DELIMITAÇÃO DO TEMA ... 11
1.2 PR OBLEMAS E PREM ISS AS ... 12
1.3 OBJETIVOS ... 14
1.3.1 OBJETIVO GERAL ... 14
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 15
1.4 J UST IF IC AT IVA ... 15
1.5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ... 16
1.6 ESTR UTURA DO TR ABALHO ... 18
2 REFERENCIAL TEÓRICO...20
2.1 HISTÓRICO...20
2.2 O SISTEMA DE VISÃO COMPUTACIONAL ...21
3 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE VISÃO...26
3.1 ANÁLISE PRELIMINAR... 26
3.2 ENSAIO EM BANCADA...28
3.3 CUSTOS DA IMPLANTAÇÃO...32
3.4 A ESCOLHA DO EQUIPAMENTO... 33
3.5 IMPLEMENTAÇÃO DO SISTEMA DE VISÃO...37
4 ANÁLISE DOSRESULTADOS...44
4.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS...47
4.2 TRABALHOS FUTUROS...49
1 INTRODUÇÃO
O sist em a de vis ão compu t acional simul a a vis ão hum ana m el horando a qualidade do proc es s o. Sendo um sist em a autom áti co, proporciona uma m aior vel oci dade de pro cessam ento sem pausas, cons equentemente, gera um m aior volum e de produção (ME LO; RO LOFF, 2008).
A cres cent e necess idade de se aut om atizar um grande núm ero de tarefas roti nei ras real iz adas pel o ser hum ano, e que requerem o emprego de percepção s ens ori al, el aboração de linhas de raci ocínio e capacidade de generalização, t em motivado o desenvol vimento de sist em as computaci onais intel i gent es (C HAVES; MAR TINS, 2007).
Sendo assim, a i ns peç ão é um a et apa important e em m uitos m eios indus tri ais . A i nspeção vi sual autom áti ca pode s er defini da como um conj unto de técni cas que vão de sde a capt ação das i nformações at ravés de câmeras CCD (Charged Coupled Devi ce) , at é a apli cação de al gorit mos que tornam possí vel o cont rol e de qualidade dos produtos nas indúst ri as (BORGES et al., 2000).
1.1 TEMA
O sist ema de inspeção, objeto de estudo dest e trabal ho de concl usão de curso, requer suport e eletroel et rôni co e mecânico da plant a i ndust ri al de um a indús tri a f armacêuti ca sit uada na Região M etropolitana de Curitiba -PR (RMC ).
Ori ginada de um pequeno prédio em Nova York no ano de 1897, a empres a foi a pioneira no l ançam ento de vários produtos médicos, hoj e utilizados em larga es cala no mundo todo. O negóci o com eço u com a mont agem de s eringas, agulhas e acabament os em t erm ôm etros . Percebendo que a única maneira de cont rol ar a qual idade dos seus produtos seri a por m eio de fabri cação própri a , ti veram que mudar para um prédi o maior em 1903. Em 1924 l ançou a pri mei ra se ri nga para a apli cação de insulina. Em 1949, col ocou no mercado o tubo para col et a de sangue à vácuo. Em 1950, apresentou ao m ercado o scalp, acessóri o para col et a de sangue à vácuo. No
fábri ca na ci dade de J uiz de Fora em Minas Gerais .
Os negóci os foram expandidos para a cidade de Curiti ba-P R nos anos 80, com a aqui si ção de um a fábri ca de seringas existent e e m odificada para a fabri cação dos produtos com o nom e da empres a.
No i ní cio, a aut om ação do m aquinário da empresa era baseada em com andos elet romagnéti cos, mot ores de corrente cont ínua, m otores dahlander e grandes painéis si naliz adores. Atualm ent e, o si st ema de aut omação cont a com painéis com pactos , com ando com cont rol adores pro gramávei s, servodri ves, motores de passo, int erfaces hom em -máquina, e câmeras de inspeção. Todo ess e aparato é usado para diminuir cada vez mai s a intervenção m anual no processo, elimi nar perdas, aum ent ar a qualidade e confi abil idade do si s tem a de produção .
1.1.1 DELIM ITAÇ ÃO DO TEM A
O si stema de vis ão comput acional apli cado ao controle de qualidade será parte integrant e da máquina AGMO07, ou seja, na m áqui na montadora de agulhas núm ero 7. Est e equipamento originalm ent e est ava em uma fili al da empres a na cidade de Fraga, na Es panha e a pl ant a de Curit iba, soli citou à mat riz da empresa que ess a máquina vi esse a fazer part e do setor de agulhas aqui do Brasil.
Basi cament e, es se equipam ento é com posto de cinco estações seriadas. A prim eira é a est ação canul ad or, onde as agulhas são acopladas e col adas com resina epoxi na part e pl ásti ca cham ada canhão. A s egunda é a est ação forno, onde é fei ta a secagem da resina com temperat ura cont rolada de 150ºC. A t ercei ra é a estação de sili conizadora, onde as agul has s ão mol hadas com silicone inert e para fins de lubri fi cação. Após ess a et apa as agulhas s eguem para a estação de inspeção onde os problem as de qualidade são veri ficados por dois s ensores de fi bra óti ca. O descarte ou aprovação de agulhas depende diret am ent e do si nal desses s ensores. Um sist em a de visão com put acional apli cado ao cont rol e de qualidade na estação de inspeção s ubstit uiria es ses sensores deixando o processo m ais confiável .
A últ ima estação é a est ação de col ocação de prot etores. Ness e proces so é colo cada pneum ati camente uma capa pl ásti ca sobre a agul ha para prot egê -la contra choques que poss am danifi car sua pont a.
1.2 PROBLEMAS E PREMISSAS
Os problem as rel acionados à quali dade do m ateri al ut i lizado na produção das agulhas são vári os. Dent re el es, des taca-se a má apli cação de resina epoxi (cola da agulha), ou sej a, pouca apli cação de resina na es tação canul ador apres ent ada na F i gura 1 .
Figura 1 - Pouca aplicação de resina Fonte: Autoria própria
O defeit o de pouca resina apl i cada, ocorre por falta de press ão pneum áti ca do bi co aplicador no mom ent o em que a m áquina com eça a funcionar. Como a estação canul ador pára e part e frequent em ent e, o núm ero de agul has com m á apli cação de resina é consi derável. Es te e out ros problemas com o aus ênci a de cânul a ou cânula tort a, podem ser observados na Fi gura 2, na qual é possí vel veri fi car t ambém a posi ção da agulha (cânula) posi cionada no canhão pl ásti co.
Figura 2 – Ausência de cânula e cânula torta Fonte: Autoria própria
As agulhas s ão mont adas em uma gradil ha, que é o nom e de um suporte onde são encaixada s 25 agulhas por vez, conform e F i gura 3. Esse s uport e é fei to de um a m at eri al polim érico de al ta re sist ênci a m ecâni ca e térmi ca para suport ar o deslizam ent o nas gui as m et álicas e t am bém s uport ar a cura da resina apli cada na et apa de secagem.
Figura 3 – Gradilha de agulhas Fonte: Autoria própria
Ess a est rut ura de 25 peças faci l it a o transporte das agul has pel as est ações. Durant e o trajet o das agulhas pel a m áqui na podem ocorrer choques em correi as frouxas, vibração e t ombamento, isso pode acarret ar desali nham ento e compromet imento de sua ponta. Falt a de at enção e t empo do operado r também geram consequênci as na quali dade das agulhas . Um a das tarefas do operador é, a cada partida da est ação canulador, verificar
visualm ent e o aspecto das agulhas que saem dess e processo. Com o o col aborador s empre est á des envol vendo al guma out ra ativi d ade na m áqui na, muitas vez es a ins peção na arrancada do canul ador pass a despercebida e o result ado s ão vári as agulhas com fal ha na aplicação de resi na e agulhas t ort as .
Out ro defeito comum que cont ribui para um alt o índice de fal has nas agulhas é a m á fo rmação do canhão pl ásti co, que é peça onde a agulha é encaixada. Es te últ i mo defeito est á relacionado a complicações de mol dagem nas máquinas inj etoras de pl ásti co que geram m uit as peças de m á qual idade. Devido à quantidade de component es i njet ados é di fíc il s eparar o m at erial ruim que vai para a estação de montagem , onde será feita a ins peção.
Como a máquina t em um tam anho consi derável e sua veloci dade m édi a é de 55 gradi lhas por m inut o , eliminar t odas as vari áveis que caus am problemas nas agul has em cada est ação torna -s e di fí cil. Tendo observado os índi ces de recl am ações de cli ent es sobre os defei tos de aus ênci a de epóxi, ausênci a de agulha e má form ação do canhão pl ást ico, chegou -s e ao seguinte questionam ento: Como s eria poss ível a inspeção d e 100% das a gulhas produ zidas ind ependentemen te do ti po de p rodu to e velocidad e do processo?
Uma s olução para res olver grande part e des tes probl em as é a implant ação de um sistema de vi são comput aci onal apl icado ao cont role de qualidade que permi ta que todas as peças sejam ins peci onadas evit ando que mat eri al de m á quali dade seja aprovado pelo processo.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 OBJETIVO GERAL
Inst al ar um sist em a de vis ão com put acional aplicada ao control e de qualidade de agulhas em um a indústri a farmacêut ica.
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Levantar os dados documentais necessários na empresa (recl amações de cli entes sobre produt o ruim , perdas por m at eri al defeituoso);
Identificar os equipamentos necessários e seus fabricantes para confecci onar um m odelo de si st ema de vis ão c omput aci onal efi ci ent e;
Ensaiar em bancada o funcionamento do sistema de inspeção;
Identificar as modificações necessárias na estrutura mecânica do equipamento (suport e para s ensores , e i l uminação auxiliar) e na part e de softw ar e, por exempl o, alt eração na program ação C LP (cont rol ador lógi co programável) e mont ar o equi pam ent o de inspeção na m áquina;
Desenvolver no software de interface da câmera um programa com as ferram ent as necessári as para a inspeção e diagnósti co das peças em m ovim ent o;
Testar e realizar a validação de software.
1.4 JUSTIFICATIVA
Sabe-se da import ânci a das seringas no t rat am ento de diversas doenças, sendo as sim, é im port ante que o produto estej a dent ro dos padrões de qualidade, proporci onando t ot al e complet a s egurança na injeção de medi cam entos. P ort anto, observou -se a neces sidade de propor um si stema de visão comput acional para garanti r a qual idade vi sual, vi sto que vários fat ores infl uenci am e impact am diret am ent e na performance dest e produto.
A em pres a t em no fator quali dade u m atrativo para s eus produtos da linha m édi ca sendo líder mundi al deste segm ento a décadas. A det eri oração do fat or quali dade reflete di retam ente na imagem da organiz ação.
Obj etiva -s e que com a inspeção da quali dade das agulhas, ocorra a redução de reclama ções de cli ent es, a redução do ret rabal ho de m at eri al já embal ado, e a não i ntervenção de lot es intei ros já existent es no mercado, ou sej a, os probl em áti cos r ecalls.
1.5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Class ifi ca-se o est udo prop osto com o de nat urez a explicat iva e bibliográfi ca tendo com o base de fundamentação t rabal hos acadêm icos, art i gos, m onografi as, diss ert ações, revist as, sit es , li vros e m anuais .
As etapas de desenvolvim ento do proj eto bas earam -s e pri mei ro em inform ações t écni cas de especi alist as em siste ma de vis ão comput aci onal, ou sej a, informações de fabricantes e represent antes dos produt os t ecnol ógi cos de po nta existentes hoj e no mercado. Além di sso, t ambém foi necess ário inform ações sobre confi abil idade, e repeti bilidade nas ins peções. Isso foi levado em cons ideração , pois um si stem a como ess e, terá um custo considerável , port anto o ret orno em t ermos de confi abil idade é fundam ental. A et apa de proj eto do sist em a, ou seja, n a concepção do hardware, foi idealiz ada com base no tipo de produto inspeciona do, vel ocidade e peri f éri cos existentes. Foi preci so desenvolver um hardware , que s e adaptas se ao si stema já exist ent e, just ament e porque, exis te limit ação de es paço físi co para mont agem dos com ponent es no painel el étrico, lim itação de ent radas e s aídas di git ais no cont rol ador lógi co e reduzi do espaço para fixação de com ponent es mecânicos como suport es dos s ensores e câm era de i nspeção. O sis tem a de inspeção apres ent ado na F i gura 4 t em as seguint es et apas conform e Feli ciano, Let a e Souz a (2005) . Para a sim u lação do process o um si st em a composto pel a câmera de i nspeção e com put ador para param etriz ação das ferrament as de imagem, foi mont ado seguindo o fluxo de aquisi ção, pr ocessam ent o, segm entação. Nos próximos capítul os, esses t erm os serão abordados com m ais profundidade.
Figura 4 – Etapas do sistema de inspeção Fonte: Feliciano, Leta e Souza (2005)
Após a m ont agem em bancad a, o ens ai o do processo t eve com o bas e inspeções feit as com o obj eto es tát ico. Ness es t est es , as ferram entas de imagem foram col ocadas de form a cobri r todas as áreas de i nteress e. Vári as situações de peças defeit uos as foram apres ent adas ao si st ema de inspeção. O equipamento gerou respostas que at enderam as expectativas, port anto, foi aprovado pelo s etor de engenharia fabril um ens aio dinâmi co na máquina de produção.
Na fas e segui nte de desenvolvim ent o dest e t rabalho, o har dwar e, foi inst alado na máquina mont adora de agul has número 07. Durante um turno de trabalho a máqu ina i nspeci onou com total quali dade 400 mil peças. Com bas e nos resultados positi vos, o sist em a fi cou inspecionando paral el ament e com o sistema anti go durante 3 meses. Test es horári os feitos pelo operador de processo nesse período tiveram como objetivo “de safiar” o sistema para ver se t odas peças ruíns col ocadas como prova eram realm ent e rej eit adas.
A últim a et apa do proj eto é denomi nada validação do si stema. Nes sa et apa, o sist em a de inspeção anti go é reti rado e o si s tem a de vi são com put acional é ofi ci alm e nt e impl ement ado. Vári os quesit os do sistem a são avali ados como, por exempl o, o s oftware des envolvi do para ins peci onar e rej eit ar o m at eri al ruim, funciona corret am ent e e não tem possibi lidade de fal har? Em caso posi tivo, o sist em a é impedi do de funcionar até que s e tomem medi das para que tudo funcione corret am ent e dentro dos padrões da com panhi a e normas correl acionadas ao control e de qualidade.
1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO
De form a sucint a a estrut ura do pres ente trabalho mos trará:
Capítulo 1 – INTRODUÇÃO: Apresenta o tema do trabalho, o problema de pesq ui sa e as just ifi cativas para a el aboração do trabalho.
Capítulo 2 – RERERENCIAL TEÓRICO : Aborda como foi sendo i ntroduzi da a t ecnol ogi a de visão computaci onal no process o de cont rol e de qual idade. Nes te capít ulo, apres ent a -se também uma vis ão real e genéri ca sobre o funcionamento dos sistemas de vis ão i ndust ri ais , seus tipos, apli cações comuns e benefí cios . Outro tópico dest e capítulo a borda de form a cl ara com o é feit a a análi se da imagem e s eu process am ent o, explicando a ori gem dos t ermos como pi xel s, t hr eshold e segm entação.
Capítulo 3 – DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE VISÃO: Aborda a instalação el étrica e m ecânica do sist em a de vi são, posi cionam ento dos com ponent es pri nci pais e sua finali dade no process o. É expli cado o funcionam ento det alhado do sist em a de visão des de a ent rada do produto, anális e e rejeição ou aprovação. M ost ra o desenvolvim ento da lógi ca do cont r ol ador lógi co program ável e um modelo t eórico para o s oft ware de inspeção. Tam bém faz -s e um com parativo dos si stemas de vi são existentes no m ercado, indi cando o mel hor equipam ento que s e adequa às necessidades do proces so.
Capí tulo 4 – ANÁLISE DOS RESUL TADOS : Apres ent a usando gráficos os result ados obtidos com a impl antação do sistema de visão. Ap ont a as di ficuldades encontradas no des envol vimento e ajuste do software de control e. Tam bém
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 H IS TÓR IC O
As prim eiras ut iliz ações regi stradas do proce ss am ent o de imagens ocorreram por volta de 1921, onde im agens eram codi ficadas em 5 ní veis distint os de i ntensi dade (sist em a Bartl ane), a fim de s erem enviadas pelo cabo subm arino de t ransmiss ão que int erli gava Londres à Nova Iorque (GONZA LEZ; WOODS, 2013). A Fi gura 5 mostra a prim ei ra im agem transmit ida pelo sist em a Bartl ane. Anos mais tarde com o program a espaci al am eri cano, o proc es sam ent o de im agens foi int ens am ent e al avancado e um dos fatores res pons áve is foi o s urgim ent o dos comput adores d e grande port e (MAR QUES F ILHO; V IER A NETO; 1999).
Figura 5 – Foto transmitida pelo sistema Bartlane em 1921 Fonte: (GONZALEZ; WOODS, 2013)
Segundo M arque s Fil ho e Viei ra Neto (1999), as t écni cas no aprimoramento de i magens d i git ais foram aperfeiçoadas por volt a de 1964 no
Jet Pr opul sion L aboratory (P asadena, Cali fórni a, EUA). Lá as im agens
env iadas da Lua pel a sonda R anger 7 eram corri gi das devido às dist orções da câmera de tel evisão acopl ada a el a. Mai s tarde, as técnicas de process amento de im agens t ambém foram us adas nas mi ssões da séri e M ari ner na exploração de Mart e e nas mi ssões t ripuladas da Apolo na viaj em à Lua. Após a década de sessent a, a tecnologi a dos sist emas de visão co mput aci on al e
O sist ema de vis ão comput acional chegou ao Brasil por volt a de 1980 e desde ent ão estudos s ão feitos para promover avanços vi sando di minui r os custos dessa tecnologi a.
Facon (2005) relat a que os sist em as de vis ã o artifi ci al vis am com o auxílio de divers as áreas (Bi ologia, Medi ci na, M at em áti ca, Elet rôni ca, Mecâni ca, Comuni cação Visual ), obter um conjunto de t écnicas e metodologi as que poss am dar suport e ao desenvol vim ent o de t eorias e produtos eficientes e confi áv eis para apli cações práticas. Cit a -s e com o exempl o a autom atização dos process os de controle de qualidade, identificação, class ifi cação de produtos, expl oração de am bient es e substi tui ção de pessoas em ati vidades insalubres e peri gosas .
2.2 O SISTEMA DE VISÃO COMPUTACIONAL
Segundo Coelho et al. (2005), as pri ncipai s operações real izadas no tratam ento de um a i magem são mostradas conforme Fi gura 6
Figura 6 : Sequência do processamento de uma imagem Fonte: (COELHO et al., 2005)
A aqui sição da im agem, o pré-proces sam ent o, a s egmentação da imagem, a identi fi cação do objet o e o reconhecim ento de padrões são t erm os cl ássi cos em si st emas com uso de câm eras de inspeção conforme apli cação d e (COELHO et al., 2005).
Na et apa de aquisi ção da im agem, s ão usados el ementos el etroel et rônicos compost os por uma câmera CC D ( Charge Coupl ed Devi ce), um monitor de vídeo, um módulo de ilumi nação front al ( Front light ) ou
iluminação tras ei ra ( Backlight ). Nes se processo o obj et o é fotografado pela câmera, (C OELHO et al. , 2005).
A im agem adqui rida pel a câm era é ent ão trans form ada em um a im agem di git al sobre a forma de um a tabel a de valores int ei ros . Ess es val ores cont ém inform ação de int ensidade lumi nosa e são denominados pi xels. Um a im agem monocrom áti ca (pret a e branca) é capt ad a por um úni co sens or que adqui re a imagem em es cal a de cinz a. Ess e sensor é um canal de 8 Bi t s (Binar y Digit ) podendo s er de 16 ou 32 bit s. C ada pi xel recebe um valor de 0 à 255 que corres ponde a int ens idade lumi nosa naquel e ponto.
A Fi gura 7 repres enta a es cal a de 0 à 255 em t ons de cinz a. J á uma imagem col ori da pode apresent ar de 1 à 3 sensores. Independente do número de sensores , as informações de cor s erão cl as sifi cadas em form ato RGB, ou sej a, vermel ho ( r ed), verde (green) e azul (blue). Combi na nd o-s e es sas cores pode-se obt er as outras cores visí veis (M ELO; R OLOFF, 2008). O agrupam ent o de pi xels form a um a m at riz de coordenadas x e y. A função que represent a ess a m at riz de pi xels é f=(x, y). Onde o val or de x e y s ão i nteiros positi vos e os valores de f dentro de um a faixa vari am de z ero a infi nito, ou seja, 0<f(x,y)<∞ (MELO; ROLOFF, 2008).
Figura 7 : Escala de cinza de uma imagem monocromática de 8 bits Fonte: (MELO; ROLOFF, 2008)
Na s equência aparece o processo de pré -process am ent o. Essa et apa
permit e corri gi r um certo nú m ero de defeit os e imperfei ções que aparecem durant e a aqui si ção da im agem , que podem t er com o causa caract erísti cas físi cas do sis tem a, defi ciên cia de ilumi nação (FACON, 2005). Uma das ferram entas que o sistem a de vis ão usa para corri gi r pos sí veis defei t os de imagem durant e o pré -processam ento é o real ce mostrado conform e F i gura 8 (ST IVANELLO, 2004).
Fi gura 8 : Função de real ce da im agem Font e: (STIVANE LLO, 2004)
Conform e estudo s de Melo e R oloff (2008) , os principais ti pos de pré -processam ent o são: Identidade, Negati vo, Logarítm ico e Pot ênci a, Aritm éti co Lógi co e Deteccão de limi ares ( T hreshol d). P el o nom e é poss ível as sociar que ess as ferram ent as usam funções lógicas e mat em áti cas para trabal har a imagem deixando -a pronta para ser anali sada. Dentre os pré -process am ent os , um dos m ais utiliz ados é a Segm ent ação ou Detecção de limi ares , mais conheci da como ( T hreshol d). Ess a t écnica procura agrupar os diferent es obj etos da im agem conform e a simil aridade de tonal idade ent re el es.
Um a operação defi ne um valor lim iar T para os ní vei s de i ntensidade luminosa. Um exem plo s eria o de um a imagem com es cal a de cinz a i gual a 256 ní veis de int ens idade l uminosa e o val or T = 50, t odas as tonali dades menores que T (f (x,y)<T receberão val or 0 (z ero) bi nário ou cor preta como
ton alidade, ou s ej a, seria a im agem de fundo. J á para val ores de ( f (x,y)>T
receberão o valor 1 binári o ou cor branca (ME LO; RO LOFF, 2008). S endo assim a im agem será binariz ada sendo imagem e fundo.
Conform e inform ações j á cit adas nos parágrafos ant eriores, é pos sível obs ervar que o process am ento da im agem exi ge m uitos recurs os de um sistema de i nspeção. Memóri a, capacidade de process am ento e arm az enam ento são soli cit ados cont inuament e do sist ema. A t écni ca de (Threshol d ) vis a diminui r o es forço do sist em a transformando a im agem para uma es cala de inform a ções reduzi das , ou s ej a, s eparam -s e os obj et os da im agem
(foreground ) do fundo da im agem (background) (C OELHO et al., 2005).
Segundo C oel ho et al. (2005) na sequênci a do t rat am ento da im agem, tem -s e o p rocesso de Identi ficação de objet os. Em muit os processos onde o obj eto a s er i nspeci onado t em sua m ont agem feit a em part es, pode ocorrer a
ocl usão dos component es, ou s ej a, um objet o pode es conder outro t ornando o process o de inspeção não s atis fatório . P ara soluci onar ess e problem a, pode -se cri ar ferram ent as cham adas R OI ( Regi on of Int er est ) , es sas regiões de interess e na im agem irão aj udar a identifi car regiões da imagem onde os obj etos de interess e deverão est ar ou não no m om ento da i nspeção.
Para que a ferram enta R OI ( Region of Int er est ) s ej a us ada de form a corret a, é preciso que s eja us ada out ra et apa do t rat am ent o da im agem cham ada R econheci ment o de P adrões (C OELHO et al ., 2005).
Ess a etapa trat a da identificação das partes da im agem que poss uem sem elhan ças. Em uma l inha de produção contí nua, no iní ci o do processo de inspeção, a câm era deve t er o modelo, ou s ej a, uma imagem padrão que deverá s er com parada com a imagem do o bj eto ins pecionado. As F i guras 9 e 10 most ram o comparati vo de um a im agem padrão com a im agem em tem po real do obj et o.
Figura 9: Imagem padrão de um sistema de inspeção Fonte: Autoria própria
Figura 10: Imagem real do objeto inspecionado Fonte: Autoria própria
imagem do sis tem a é o padrão a ser seguido, ou seja, t odas as im agens inspecionadas s erão com paradas com a i magem ti rada em t empo real . Dent ro de certos limi tes es peci ficados, espera -se que a im agem seja i gual ou que tenha um percentual de s emelhança m ui to próximo ao padrão. Na segunda imagem aparece um quadrado em dest aque . Es se quadrado cor responde a um a ROI (Region of Interest ) onde é const at ado a ausência de um dos obj etos. Comparando a im agem capt urada pela câm era com o padrão, o result ado é fal ha no process o , consequent em ent e ess as peças s erão rej eit adas pelo sistema.
3 DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA DE VISÃO
3.1 ANÁLISE PRELIMINAR
O sist em a de vis ão foi inst alado na est ação de inspeção da máquina mont adora AGMO07. Ness e se t or da m áquina existi a um sist ema de inspeção baseado em sensores de fibra óti ca que classi fi cam as peças pel a pres ença ou ausênci a dos com ponentes a serem inspecionados. Basi camente é a detecção de resina epóxi do l ado di reito e esquerdo conform e a F i gura 11.
Figura 11: Inspeção de resina epóxi lado direito e esquerdo Fonte: Autoria própria
As peças pas sa m pelo s ens or que é calibrado ajus tando -se a sensibili dade de atuação . O t écni co que faz o aj ust e do si st em a prim ei rament e aciona a parada da máqui na. Na se quênci a, um a peça considerada boa é col ocada em frent e aos s ens ores de fibra ótica, se do l ado esque rdo o s ens or for acionado, est ado lógico 1, a inspeção de resina epóxi do lado es querdo é aprovada. S e do lado direito o sens or não for aci onado, nível lógi co 0, e a peça de teste é uma peça de boa qual idade, o sensor deve ser aj ust ado a t é ficar em 1. Esse val or i rá a provar a peça. O test e cont rári o também é fei to col ocando -s e um a peça de m á quali dade em frent e aos sensores. Em ambos os casos os sensores devem ficar em nível l ógi co 0 , ou seja, sensor desacionado. Nessas condi ções a peça é reprovada. A Fi gur a 12 most ra os sensores de det ecção de resina.
Figura 12: Marcados em amarelo, os sensores de inspeção de resina Fonte: Autoria própria
Na estação de Inspeção da máquina AGMO07 no pa inel do sistem a de Ins peção foram ins tal ados os com ponent es neces sári os para o correto funcionamento do sistema de visão. Uma das questões levantadas pel a engenhari a de processo da empresa, foi sobre a funci onalidade e repetitivi dade do si stem a de visão. P ara o sist em a de produção um fator important e é a garantia de que todas as peças sej am ins pecionas , ou s eja, 100% da produção. Para que isso ocorress e , foi necess ári o um estudo das vari áveis que i nt erferem no processo de ins peção. Um a das variáveis do processo é a veloc i dade com que o m aterial pass a pel o ponto de inspeção. Como j á coment ado anteriorm ent e, as agulhas são m ont adas em um suport e cham ado gradi lha. C ada gradilha possui vint e e cinco pinos e em cada pi no vai um a agulha mont ada em um a peça pl ástica chamada canh ão, mai s det alhes podem s er vistos na Fi gura 13.
Figura 13: Detalhe de uma gradilha com uma peça Fonte: Autoria própria
A relação entre os fatores é cal cul ada levando em cons ideração a vel oci dade da m áquina e o t empo d e inspeção. Se a m áquina AGMO07 trabalha com 55 gradilhas por mi nuto, ent ão dividindo 55 por 60 s, conclui -s e que cada gradil ha l eva cerca de 916 ms para s er inspeci onada. Tendo a gradil ha 25 pi nos , l ogo cada pino t em 36,7 ms para s er inspecionado. Com base ness a i nform ação do processo, foi necess ári o especifi car um a câmera que conseguis se ins peci onar o process o nessa velocidade. Vários fabricant es foram cont at ados e um del es forneceu o equipam ent o necess ário para um ensaio .
3.2 ENSAIO EM BANCADA
Um dis positi vo de test e foi mont ado em um a das bancadas da manutenção el ét rica com o obj etivo de si mular: condições de imagem, foco da câmera, param etriz ação de ferram ent as e facili dade de operação. Ess e t est e com a gradilha par ada foi cham ado de teste estático. O equipament o us ado no test e est áti co é mostrado na Fi gura 14.
Figura 14: Sistema montado para teste Fonte: Autoria própria
O sist ema m ont ado para o t est e com a grad ilha parada é constituído de el ementos básicos pra um sist em a d e inspeção com put adoriz ada. Tem -s e prim ei ramente a câm era de visão. Exist em dezenas de fabri cantes no m ercado e foi es col hido um modelo robust o do fornededor D . A câm era us ada no t est e é m onocrom áti ca de 350.000 pixel s com lente st andart de 0,29 mm m odelo CV-035M. Com est a confi guração aliada a um a d ist ânci a focal de 300 mm foi obtida uma im agem perfeit am ent e nítida em um monitor de 17 ”. Um a imagem grande e de boa definição é perfeit a para apli c ação das ferram ent as de R OI (Regi on of Int er est ).
O próximo elem ent o que compõe o si stem a de vi são é o backlight , com post o de uma pl aca de LEDs, diodos em issores de luz, na cor branca e com dim ensões de aproxim adam ent e 46x63 mm modelo CA -DSW3 com 5,8 W de pot ênci a. O backl ight como o próprio nom e diz é a luz de fundo, ou seja, a iluminação art ifi ci al que fi ca at rás da peça a s er ins pecionada. Es sa iluminação fará com que o obj eto fique es curo aj udando no real ce da peça favorecendo um a da s etapas de pré -process am ento da im agem denomi nado
threshol d j á comentado no capítulo 2.
A ilumi nação muit o forte ou muit o fraca influenci a muit o n os valores de thres hold. Iss o foi const at ado no tes te est áti co já que com potênci a tot al da iluminação as prim ei ras imagens saír am muito claras. Duas possibi lidades de correção da ilumi nação foram indi cadas pelo fornecedor. A pri mei ra s eri a diminui r o tem po de exposi ção da im agem no mom ento da aquisi ção. Iss o é fei to fazendo o cont role de capt ura da imagem, dimi nui ndo -s e o tempo em que
o obturador da câm era fica aberto. M enos t empo aberto i rá proporcionar menos l uz na im agem fotografada. M ais tempo aberto m ais luz na imagem.
Out ro m étodo de control e da il uminaç ão é us ando um m ódulo de controle. Ess e módulo irá controlar a potênci a da iluminação dos LEDs e opcionalm ent e o tempo que os LEDs ficarão acess os. Opt ou -se em us ar o módul o de cont rol e de il uminação model o CA -DC 100 da m arca D, por possui r maiores poss ibili dades de ajust e .
Na sequênci a t em -se a peça m ais im portante do s ist ema que é o módulo controlador da câm era. Foi usado o cont rolador model o CV -3002 da m arca D . Ess e control ador possui entradas el etrônicas para duas câm eras de process o. Is so é uma vant agem , poi s futuram ente outra câmera pode ser acopl ada ao sistema para out ro s tipos de inspeção. Al ém dis so, possui sist em a de processam ent o tri pl o que perm ite que a fas e m ais pes ada da anális e da imagem, ou s ej a, o pré -processam ent o s ej a feita de form a rápi da e confiável.
Ness e m ódul o de controle, t ambém se encontram sei s ent rad as di gi tai s e 5 s aídas di git ais com funções distint as. Iss o pos sibili ta des envol ver um program a de ins peção com m ais possibili dades de ação fís ica al ém da rej eição de m ateri al ruim, por exem plo. Pode ser usada para acionam ento de al arm es , parar a m áqui na, l i gar e desli gar equi pam ent os peri féri cos, dentre out ras funcionalidades .
O módulo C V -3002 também possui com uni cação do tipo Et her net IP, com ess a função é pos sível conect ar um computador para efet uar a program ação do s ist em a de man eira m ui to m ais rápi da do que comum ent e é fei to nas indúst ri a s pel a port a serial do comput ador. A comunicação via porta
seri al é extrem am ente l ent a se comparada com a conexão ethernet e t ambém
pouco confi ável. C artões de m emória de at é 1 MB podem ser us ados para
backup do s ist ema ou para o carregament o rápi do de outros program as.
Após a aquisi ção e processamento da imagem , tem -s e a últim a et apa já rel acionada ao processo que é a aprovação ou rej ei ção do m at eri al . Com o não foi mont ado um sist ema de des cart e de m at eri al no t est e e st áti co em bancada, não foi us ado um C LP , port ant o, o resultado da inspeção foi observado nos LEDs de saí da do módul o de control e da câm era. Quando o C LP esti ver integrado ao processo ele fun ci onará basi camente da s egui nt e forma: Um sinal de 24 V em corrente contínua vem de um a saída di git al do módulo control ado r da câm era de visão. Esse si nal de saída do cont rolador da câmera torna -s e
Omron m odelo CQM 1H.
O C LP será responsável pelo proces s ament o do sinal binário oriundo do controlador da câmera e conforme um a l ógi ca na li nguagem ladder, fará a aprovação ou des carte do mat eri al. O sinal binári o vindo do módul o de controle do sist em a de vis ão é 0 s endo mat eri al bom e 1 s endo mat eri al rui m. No capít ulo 4 será feit a uma abordagem mais aprofundada do funcionam ent o do sist em a integrado ao proces so com o C LP . Ess a sim ulação em bancada at endeu aos requisi tos como ajuste foco da im agem , pa ram etriz ação de ferram entas RO I e facili dade de operação. Ten do ess e si stem a sido pré -aprovado pel a em pres a, um teste na m áquina AGM O07 foi efetuado para avali ar a per for mance da câm era de inspeção quanto à vel ocidade. O t est e foi fei to col ocando -s e a câmera em uma das lat erais da m áquina em uma posição de ins peção. Um s ensor foi i nst al ado de forma que quando um dos pi nos da gradil ha foss e det ectado um sinal tam bém foss e enviado ao cont rolador da câmera ordena ndo que a câm era fotografe a peça. Ess e s ens or é comum ente cham ado de tr igger .
Em termos m ecânicos de inst al a ção, um suport e foi des envol vido para que a câm era foss e fixada em um a das l aterai s da m áquina m ais precis am ent e na estação de inspeção. O suport e foi construído em al umíni o e possi bilit a a regul agem da posi ção verti cal e horizont al d a câm era. Ess es ajus te s da câm era rel acionados à di st ânci a s ão import antes , pois se bas eando nel es s ão confi guradas as ferram ent as de inspeção. Um a vez posi ci onada a câm era, el a não deve t er sua posição físi ca alt erada. Is so i rá gerar o deslocam ent o das ferram entas de i nspeção para out ras áreas do objeto que não s ão áreas de interess e. Consequentem ent e t odas as ins peções serão perdidas.
A inst al ação do sist em a de vi são da inspeção de epóxi na AGM O07 ocorreu no t rilho de saída da sil iconiz ação, conforme m ost rado na Fi gura 1 5, onde est avam ins tal ados os sensores de fi bras ó ti cas que det ectavam pres ença de epóxi esquerda e di reit a. Esse local foi es colhido devido a pass agem alinhada das gradi lhas e com vel ocidade constante, poi s são tracionadas por roldanas e não sofrem int erferênc i as de vibrações mecâni cas da m áquina, garantindo as sim uma m elhor captura da imagem. As set as na Fi gura 15 mostram o fluxo do mat eri al na m áquina.
Figura 15: Vista superior da AGMO 07 Fonte: Autoria própria
3.3 CUSTOS DA IMPLANTAÇÃO
As empres as necess itam de proj et os para al cançar ou superar suas met as. O gerenci am ent o de projet os com ênfas e na redução de cust os vem sendo um dos m ais import ant es assuntos rel acionados com qualquer empreendim ent o, pri nci palm ente no setor indus trial (A YRES et al., 2014 ).
Na em pres a em ques tão a rel ação de proj eto e custos não foi diferente. Um dos principais it ens l evados em consi deração para impl ant ação do sist em a de vis ão foram os recursos fi nancei ros . Como havi a di sponi bilidade de m ão de obra, porém pouco tem po e recursos fina ncei ros , foi neces sário t raçar um a est ratégia de oti mização dest es, para que el es fos sem utili zados de form a adequada.
Depois de verifi cadas as condições físi cas da máqu i na onde o sis tem a de vis ão s eria instal ado, foram levant adas as i nform ações de qual equipamento m elhor at enderia as necess i dades . Foram consi derados os custos da câmera e acess órios , a facilidade de des envolvi mento do sof twar e de controle , a fl exibilidade de conexão com outros equi pamentos , a preci são e a repetitivi dade.
Em out ubro de 2013, f oram avali adas divers as câm eras dentre elas modelos cons agrados dos fabri cant es A, B, C e D . A prim ei ra câm era avali ada foi a do fornecedor am eri cano A . O equi pam ent o é do m odel o In -si ght Mi cro e o fabri cante forneceri a o equipam ento pel o val or de R $ 65.000,00. A avali ação dess e equipam ento foi positiva em t ermos de precis ão e repetitivi dade, porém, na quest ão de facilidade de programação, cust os do sistema e peças s obress alent es , ela não atendi a as expect at iv as e tornou -se invi ável. A Fi gura 16 mos tra a câm era do fabri cante A .
Figura 16: Câmera do fabricante A Fonte: Autoria própria
Avali ando o fabri cante B , lí der em sist emas pneumático s, foi possí vel perceber que a câmera m odelo S BO I-Q-R1B t ambém não m ostrava-se apt a ao nossa proj eto . Primeirament e porque são necess ári o s doi s soft wares . Um para abrir o canal de comuni cação Ethernet, cois as que os out ros fabri cant es têm com o função st andard. E out ro apli cat ivo para cr iação e edi ção do program a de inspeção. Em segundo lugar, o soft ware m ost rou -s e complicado demais
para o ent endim ent o dos técnicos, al ém de não dispor de ferram ent as adequadas e fl exíveis para desenvol vim ent o de um programa de inspeção coerente. O fabrican te cons egui ria fornecer o equipam ent o ao cust o de R$ 27.000,00. Um preço at rativo, ent retant o, pelos poucos recurs os oferecidos foi descart ado. A Fi gura 17 aprese nt a a câmera do fabri cant e B .
Figura 17: Câmera do fabricante B Fonte: Autoria própria
Na s equênci a aval iou -s e o equipam ento do fabricante C , o qual possui a câmera model o IVC -2DM1112. De i níci o, teve -s e uma boa impress ão dest e equipamento, porém, ao ent r arm os em quest ões rel acionadas à s vel oci dades de i nspeção, obs ervou -s e que o equi pam ent o não atenderi a as noss as necessidades. P ara evitar possíveis t ranstornos rel aci onados à falta d e
perf or mance do sist em a, a câm era B sai u da list a de pos síveis fornecedores,
apes ar de t ambém estar com um preço atrati vo, R $ 36.854,00. Det alhes da câmera do fabri cant e S ick podem ser vi st os na Fi gura 18 .
Figura 18: Câmera do fabricante C Fonte: Autoria própria
O últ imo fabri cante de câm eras avali ado fo i a japones a D , a qual apresentou a câm era modelo C V -035M com a qualidade da im agem monocrom áti ca de 350.000 pi xels. Além dis so, as ferram ent as para desenvol vimento do apli cativo mostraram -se ami gáveis aos técnicos de manutenção. Os fat ores como repetiti vi dade , velocidade e flexibi lidade de interli gação com outros equipam entos do processo s em a necessidade de adendos, foram os motivos que mot ivaram a es colha dest e fabri cant e com o fornecedor da câmera para o sist em a de visão.
Out ra caract erí sti ca que col ocou est e equi pamento na frent e dos concorrent es foi qu e o m ódul o de i ns peção permit e o us o de mais um a câmera, ou s ej a, pode -se des envolver apli cações di ferent es na mesm a m áquina usando duas câm eras no m esmo módulo de inspeção . O equipam ent o e seus respectivos acess óri os como o m ódul o de ins peção, cabeam entos , conect ores , módul o backli ght e font e foram forneci dos ao cust o t otal de R $ 38.073,00. Considerou -s e ess e val or compatí vel com as possibi lidades oferecidas pelo equipamento. A Fi gura 19 mostra a câm era do fabricant e D.
Figura 19: Câmera do fabricante D Fonte: Autoria própria
Além do cust o do equipam ento de vis ão, outros gastos t ambém foram contabilizados . Foi utilizada mão de obra do depart ament o de engenhari a fabri l m ais es peci ficament e dos set ores de m anut enção el etroel et rônica, manutenção mecâni ca e s ervi ços de usi nagem. O Quadro 1 mostra os val ores aproximados de horas trabalhadas dos s et ores envolvi dos e também os custos de mat eri ais el ét ricos e mecâni cos utilizados.
CUSTOS DE MÃO DE OBRA TEMPO R$
Mão de obra Mecânica 960 h 15.360,00
Mão de obra Eletroeletrônica 1280 h 24.320,00
Mão de obra de usinagem (interna) 500 h 8.000,00
Custo Total Mão-de-obra --- 47.680,00
CUSTOS DE MATERIAIS
Materiais mecânicos --- 8.000,00
Materiais eletroeletrônicos --- 60.000,00
Custo Total Material 68.000,00
CUSTO TOTAL R$ 115.680,00
Quadro 1: Custos da implantação Fonte: Autoria própria
Neste it em s erá exemplifi cado o funcionam ento det alhado do sistem a de visão desde a ent rada do produt o, análise e rej ei ção ou aprovação. No mesmo capítul o t ambém s erão feitos os det alhament os da lógica do C LP e um model o teóri co para o soft ware de i nspeção.
O sist em a de inspeção especi fi cado e utilizado para a montadora de agulhas AGM O_07 com vel ocidade de 55 gradilhas por minuto realiza inspeções aproximadam ent e a cada 36 ms e envi a si nais para o C LP_C QM1H.
As entradas e saí das utiliz adas para o módul o CV -3002 e para o C LP _CQM1H est ão discrimi nadas no Quadro 2.
CLP_CQM1H Módulo CV – 3002
Entradas
0.02 - Referência de Posição de Inspeção Trigger (Disparo para início de inspeção) 0.03 - Resultado de Aprovado / Reprovado
0.09 - Sensor presença de Gradilha na Rejeição
0.10 - Sensor presença de Pino na Rejeição
0.12 - Sensor presença de Gradilha na Inspeção
0.13 - Câmera Inspecionando
Saídas
100.07 - Acionamento do Cilindro de Rejeição STO (Referência de posição)
OUT_01 (resultado - Aprovado / Reprovado)
Câmera em modo Run
Sinais enviados das saídas do Módulo CV – 3002 para as entradas do CLP_CQM1H
0.02 - Referência de Posição de Inspeção STO (Referência de Posição) 0.03 - Resultado de Aprovado / Reprovado OUT_01 (Resultado) 0.13 - Câmera Inspecionando Câmera em modo Run
Quadro 2: Entradas/Saídas do CLP_CQM1H e do módulo CV-3002 Fonte: Autoria própria
O início da inspeção de um a gradil ha cont endo 25 agul has ocorre quando o s ensor de pres ença de gradil ha esti ver acionado e o sensor de
o módulo de entradas e saídas do si stem a de vis ão para ini ci ar a capt ura de imagem, conform e m ostrado na Fi gura 20 .
Figura 20: Sensores do Sistema de Visão Fonte: Autoria própria
Assim que o módulo de cont rol e recebe o puls o do s ensor de tri gger, que no caso a detecção do pino da gradil ha, ocorre a abertura do obturador da câmera para aquisi ção da im agem e aci onam ento do backlight , na sequênci a o processam ent o, as ferram ent as de buscas localizam as áreas pré -definidas da imagem, a m esm a pode s er vis ualizada em um monitor, um puls o é gerado para o C LP de aprovação ou descart e da agulha .
As ferram entas utiliz adas para i nspeção do epóxi, cânula e canhão s ão mostradas na Fi gura 21 , onde na prim ei ra col una foi dado o nom e para cada ferram enta e na s egunda coluna os tipos de ferramentas que foram uti lizadas .
Fonte: Autoria própria
As princi pai s ferram ent as utiliz adas do s istem a de vis ão s ão mostradas na Fi gura 21 na col una da di reit a, s endo el as:
Edge Posit ion - Ess a ferram ent a de medição permit e local i zar a posi ção de uma borda específica, na qual a det ecção bas e ia-s e nas t rans ições do cl aro ao escuro (ou escuro à l uz) e não com bas e em um valor absoluto da int ensi dade, port anto el a é m enos afetada por flutuações de ilum inação;
Área - É um a ferram enta para det ectar o número de pixels em um a det erminada área, apre sent a um a j anel a para i ns eri r o valor do limit e inferior e superi or da área a ser inspecionada;
Intensit y – Esta ferram ent a pode m edi r o máximo, mínim o, m édi a e o des vio na m edida de int ens i dade em tons de cinza em um ní vel de 0 a 255 para cada pixel, dent ro da área de medição. Est a ferram enta é efi caz na det ecção de pres ença ou aus ênci a de peças, bas eando -se na di ferença de intens idade entre a part e de fora e o pl ano de fundo.
Após a aquisi ção da im agem, a t el a referent e às ferrament as da i nspeção modi fic a-s e e util iza -s e o plano cart esiano para visualiz ação das imagens. Os pontos de referênci a do eixo “X” e “Y” most rados na Fi gura 22 , s ão referenci ados pel as ferram ent as da coluna da esquerda.
Assim que obtidos esses pont os, as ferrament as da coluna da d ireit a vão ser alinhadas para a detecção de bordas, áreas e intensidade de uma det erminada regi ão da im agem .
Figura 22: Referência do eixo “X” e “Y” das ferramentas Fonte: Autoria própria
A posi ção da ferram ent a C anul a_01 é m ostrad a na Fi gura 2 3 na qual a ferram enta do sist ema de vis ão Edge Position localiza a borda da esquerda para direita da cânula e referencia o eixo “X” da ferramenta Epoxi_01 da Fi gura 24.
A im agem da pos ição da ferram enta C anul a_02 é mos trada na Fi gura 25, na q ual o Edge Positi on localiza a borda da direit a para esquerda da cânul a e o eixo “X” da ferram ent a Epoxi _02 da Fi gura 2 6.
A posi ção da ferram ent a Aba_C anhão é mostrada na Fi gura 2 8, na qual o Edge Position referencia o eixo “Y” para as ferramentas de Canul a_01/02 e Epóxi_01/02/ 03/ 04.
A posi ção da ferram ent a Pres ença de P eça é most rada na Fi gura 2 9, na qual det ecta a presença ou aus ênci a do canhão na área especi fi cada.
A pos ição da ferram ent a Ab aCanhão00 é mostrada na Fi gura 30 , na qual o Edge Positi on referencia o eixo “X” para a ferram ent a Aba_Canhão.
O proces sam ento das imagens most radas nas Fi guras 23 à 31, têm um result ado verdadeiro ou fal so para cada ferram ent a utiliz ada.
Quando ocorrer a reprovação, envi a -se um pulso de 24 VC C da saída OUT_01 (R es ult ado de Inspeção) do m ódulo CV -3002 para a ent rada 0.03 (Result ado de Aprovado/R eprovado) do C LP_C QM1H e para cada ins peção
Figura 23: Canula_01 Fonte: Autoria própria
Figura 24: Epoxi_01 Fonte: Autoria própria
Figura 25: Canula_02 Fonte: Autoria própria
Figura 26: Epóxi_02 Fonte: Autoria própria
Figura 27: Epóxi_03 Fonte: Autoria própria
Figura 28: Aba_Canhão Fonte: Autoria própria
Figura 29: Pres._Peça Fonte: Autoria própria
Figura 30: AbaCanhão00
Fonte: Autoria própria
Figura 31: Epóxi_04 Fonte: Autoria própria
final é m andado um pulso da s aída STO (Referênci a de Posi ção) do módulo CV-3002 para a e ntrada 0.02 (R eferênci a de P osi ção de Inspeção) para o C LP _CQM1H.
A lógica do C LP_C QM1H arm az ena em uma m emóri a util izando duas pal avras que cont êm 32 bits, devi do ao número de inspeções serem i guais a 25 para cada gradi lha. Após a gradilha s er inspeciona da pelo si stem a de vis ão, el a ent ra na est ação de rej ei ção, conform e most rado na Fi gura 32. Ness e local existe um cilindro pneum áti co de rej ei ção, o qual des carta as agulhas que foram reprovadas pelo sist em a de vis ão, conform e o res ult ado da m emóri a utiliz ada no mom ent o das i nspeções.
Figura 32: Estação de rejeição Fonte: Autoria própria
Pode-s e observar na Fi gura 3 3 o resultado do processo de i nspeção e rej ei ção de agul has para uma gradilha. Na prim ei ra etapa, descrit a com o Est ação de Ins peção, ocorre às aquisi ções das imagens e process am ent os, sendo os result ados, de aprovado/reprovado do sist em a de visão, envi ados para o C LP depois de cada inspeção.
uma m emóri a e ut i lizados na segunda etapa do processo des crita com o Est ação de R ej eição para o descart e das agulhas que foram reprovadas .
Figura 33: Sinais do módulo CV-3002 e CLP_CQM1H
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ANÁLIOSE DOS RESULTADOS
O objet ivo ini ci al dest e trabalho era inici alm ente des envolver um a propost a de impl ant ação de um sist em a de vis ão com put aci onal apli cada ao controle de qualidade. Com o pass ar do t empo e t am bém pel a necess idade da empres a em res olver al guns probl emas urgent es d e quali dade, o t rabalho deixou de ser proposta para realm ente virar proj eto e efetivam ent e s er implant ado.
Vários benefí ci os foram obtidos com a i mplantação do sist ema de vis ão com put acional. Des taca -s e um a m aior confi abili dade no process o de produção. Com a im plem ent ação t em -se cert eza de que todas as agulhas s ão inspecionadas , deixando assim de confiar a inspeção de qualidade dos produtos a s ens ores que podem falhar e tam bém que neces sitam de ajust es constant es. As Fi guras 3 4, 3 5, 36 e 37 mostram o si stem a de vis ão com put acional inst al ado.
Figura 34: Visão geral do SV Figura 35: Detalhe interno do painel
Figura 36: Sistema em funcionamento Figura 37: Câmera instalada Fonte: Autoria própria Fonte: Autoria própria
Out ro benefício do sistema de vis ão est á rel acionado ao downtime de máquina. Como o s istem a de vis ão é adaptati vo, ou sej a, ao s e t rocar de produto o sist em a identi fi ca o processo e faz um auto ajus te bas eando -se nas característ icas físi cas das agulhas inspecionadas. Is so faz com que aj ust es el etroel et rônicos de sensores e mecâni co s como gui as e bi longos s ej a com plet am ente desneces sário evit ando assim longas paradas para a operação de set up.
Tam bém houve ganhos na parte de mão -de-obra operacional. Os engenheiros de process o puderam redistribui r al gumas ativi dades aos operadores j á que o tempo de check -up do sist em a de ins peção deixou de s er fei to a cada 20 min e pass ou a ser feit o a cada duas horas em amost ragens bem menores.
Ocorreu um a diminuição expressiva de reclam ações de cli ent es sobre o produto. Como 100% dos m at eriai s produ zidos s ão inspecionados, os índi ces de peças defeituos as por mil hão de unidades produzidas est ão em núm eros extremamente baixos conform e o Gráfi co 1.
Gráfico 1: Índices de reclamações Fonte: Autoria própria
As perdas anuais t am bém foram redu zi das , conform e o Gráfi co 2 .
Gráfico 2: Perdas anuais da AGMO07 Fonte: Autoria própria
J á que todas as peças são i nspecionadas e realm ent e só as peças ruins são descart adas , obt eve -se um aum ento de produtividade, pois eliminou -s e o descarte de mat eri al com o “fal so rej eito”. Isso quer dizer que difi cilm ent e um mat eri al bom será t i do como reprovado o que j á não acont ecia com o sist em a ant erior que tinha a i nspeção baseada em sensores de fibra ót i ca.
sistema de vi são comput aci onal apli cado ao controle de qualidade obt eve -se o sucesso. Isso faz com que a em presa firme s eu papel perante os consumi dores oferecendo um produto de al tíssim o ní vel des envol vido dentro de padrões nacionai s e i nternaci onais de qualidade.
Out ra consi deração i mportante es tá rel aci onada ao us o da automação no aperfei çoam ento dos processos indust riais. A automação nest e proj eto proporci onou s egurança, precisão e flexibilidade, fazendo com que os operadores trabal h em em tarefas m ais nobres , menos cansati vas e peri gos as. A autom atiz ação de processos mos tra que é possí vel ali ar tecnologia ao trabalho hum ano s em ultrapassá -lo, cumpri ndo ass im um a de s uas funções princi pai s que é o auxílio ao des envolvi m ent o da sociedad e.
4.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Obs ervando a neces sidade da empresa em fornecer produt os de qualidade ao m ercado, conseguiu -s e implantar um sist ema de visão efi ci ent e, us ando um excel ent e equi pament o de inspeç ão existente no mercado, que at endeu pl enam ent e noss as es peci fi cações qua nto a robust ez, confi abi lidade e repetibil idade .
Com ajuda do fabricant e que forneceu o equipamento par a u m tes te prelimi nar, foi ens ai ado em bancada o funci onament o do sist ema de vis ão. Efetuaram -s e t est es de l eitura, lumi nosi dade, di stância focal e velocidade de process am ento. Os result ados pos itivos mostrados nos tes t es ajudaram a es col her o modelo CV -3002 como equi pam ento de vis ão com put aci onal a ser apli cado na máquina mont adora d e agulhas. A Fi gura 38 apres ent a o test e prelimi nar feito em bancada.
Figura 38: Teste preliminar em bancada Fonte: Autoria própria
Com aj uda da equi pe da equi pe da m anutenção m ecânica, u si nagem e des enho, foi des envolvi do com sucesso uma est rut ura físi ca que s uport a todo o aparat o el et roel et rôni co com o por exem plo, a câm era de ins peção, sensores, backlight e o monitor de vídeo. Us ando o softwar e de program ação do C LP implant aram -se m odificações na lógi ca de controle da da m áqui na, que proporci onou o correto funcionam ento do proces so de leitura, inspeção, aprovação e ou descart e das agulhas i nspecionadas .
Trabalhando com o software de des envolvimento da apli cação de inspeção, foi des envolvi do um programa de anális e da imagem q ue com porta várias ferram ent as necessári as para o di ag nósti co dos probl emas rel acionados à apli cação de resina epóxi, c ânul a tort a e ausência de cânul a. Tendo com is so atendi do plenamente as necessidades da produção.
Após a i nst al ação do sist em a de vis ão comput acional , test es foram realiz ados pela equi pe do set or de qual idade da empresa. Ess es t est es foram execut ados conform e d ocum entos internos que s e bas eam em norm as naci onais e internacionais de qual idade a pli cada a produtos hospi tal ares. Quando o equi pa m ento foi li berado pel a equi pe de manutenção ini ci ou -se o processo de val i dação.
O teste de vali dação foi ini ci ado no di a 20/08/2013 no 1º turno de produção e foi finali zado no di a 21/ 08/2013 no 2º turno. Durante os testes
serem real izados as anális es e confront ar os res ult ados com os crité ri os est abel ecidos em um docum ento denom inado prot ocolo de validação. No prot ocolo de vali dação est ão des critos os val ores t écni cos que cada peça deve apresentar após a anál ise. Os parâmet ros de anális e s ão volum e de resina epoxi apli cada, paraleli smo da cânula e t est e de tração ent re a cânul a e o canhão pl ásti co.
Os res ult ados do s testes de validação foram bem sucedidos, tend o com o consequênci a a l i beração do sist ema de vis ão com put acional para o uso da produção.
Durante o processo des envol vimento do proj et o ocorreram al gum as difi cul dades. Uma del as está li gada a fal ta de conhecim ento em trabal har com sist em as de vi são. Como é um a tecnol ogi a nova n a em pres a, o process o de ent endi ment o do sist em a de vis ão bem como o uso de s uas ferram entas e pos si bilidades foi um tanto penos o no in í cio. Quando chegou-se a et apa de desenvolvim ento do softwar e, com o não havi a nenhum t rei nament o, bus caram -s e as info rm ações e o conhecim ent o necess ári o nos manuais t écni cos dos equipam ent os t endo assi m a possi bilidade de cri ar um program a de i ns peção extrem ament e confi ável.
Ent ret anto após o tercei ro di a de ins tal ação, a engen haria de produção ques tionou quanto t em po a máq uina fi cari a parada para concl uir a i nst al ação. Foi s olici tado m ai s um dia, pois, havi a dificul dades na integração de al guns sinais do módul o de inspeção com o C LP . Al gum as horas depois , com auxí lio de um t écnico de automação interno um pouco mais experi en te, conseguiu -s e com preender a lógica de desl ocamento do C LP e finalizar a program ação com s uces so.
4.2 TRABALHOS FUTUROS
Como coment ado no item 3.3, a escolha do equipam ent o de visão da m arca D t ambém foi feita tendo em vi sta a possi bilidade de instal ação de m ais um a câm era de visão no m esm o módul o de cont role. Is so perm ite que sej a possível fazer o uso de m ais um sistem a de vis ão para elimi nar
