Cómo controlar sistemas de transferencia robóticos con sensores de distancia láser

Los sensores de distancia láser tienen numerosos usos en las industrias de la robótica y la automatización. Pueden abarcar muchas facetas diferentes de la industria, pero este artículo se centra en las modificaciones de las celdas para tecnologías obsoletas que utilizan sensores de distancia láser como sensores de posición.

Estos sensores pueden ser extremadamente precisos para decir la distancia, lo que los abre a muchos tipos diferentes de control. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que ciertas características de seguridad deben programarse en el sistema para garantizar que cualquier falla del láser se resuelva de manera segura.

Métodos tradicionales de control de T-cart

Para comprender el control de T-cart, es importante comprender en qué consiste exactamente una operación de T-cart. Un carro en T es un carro controlado electrónicamente, a menudo sobre rieles de metal, que clasifica y mueve paletas en una operación de paletización automatizada. Estos carros mueven palés en un entorno de almacén. Por lo general, llevan los pallets de un conjunto de transportadores de carga al siguiente paso del proceso de paletizado, a menudo una estación de envoltura retráctil.

Figura 1. Un carro guiado por rieles. Imagen utilizada por cortesía de Muratec

Los T-carts utilizan un controlador lógico programable (PLC) o un robot para controlar los movimientos y actuar como los "cerebros" detrás de las operaciones del carrito. Un PLC puede utilizar diferentes entradas para interpretar cuándo y dónde tomar los diferentes pallets cargados o descargados. El PLC necesita información del propio T-cart para comprender su ubicación en sus muchas combinaciones de rutas diferentes.

Interruptores de límite

Hay una multitud de formas diferentes de proporcionar datos de ubicación desde un T-cart al PLC o al sistema robótico que lo controla. Una práctica desactualizada pero común es usar interruptores de límite para retransmitir la ubicación del carro. Si bien los interruptores de límite funcionan bastante bien para transmitir la información adecuada a la unidad de control, tienen ciertos inconvenientes que se manejan más fácilmente con la tecnología de detección moderna. Los interruptores de límite también requieren una programación más extensa que otros tipos de sensores porque transmiten menos información en un momento dado.

Figura 2. Interruptor de límite industrial NEMA de Eaton. Imagen utilizada por cortesía de Eaton

Si bien los interruptores de límite funcionarán para un sistema T-cart, tienen debilidades que otros sensores más modernos no tienen. Para empezar, son una unidad eléctrica / mecánica. Varios factores pueden afectar su rendimiento, ya que dependen de entradas eléctricas y mecánicas para funcionar correctamente. A todos los efectos prácticos, cualquier problema eléctrico desarrollado en un interruptor de límite también puede desarrollarse en cualquier otra unidad de detección eléctrica, por lo que no se considerará en este caso.

Dado que los interruptores de límite implican una interacción física con su entorno para un funcionamiento adecuado, pueden verse afectados más fácilmente que los sensores que se basan únicamente en la detección eléctrica. El desgaste físico puede ser un factor determinante en su desempeño. Con el tiempo, el interruptor puede desgastarse y comenzar a cambiar lentamente su funcionamiento, lo que causa problemas dentro de la celda. Dado que los cambios son sutiles, pueden pasar desapercibidos hasta que se produzca una falla catastrófica. Por último, también pueden verse afectados negativamente cuando una fuerza externa los mueve o los empuja fuera de su posición adecuada.

Uso de sensores de distancia láser

Si bien muchos tipos de sensores pueden funcionar para un sistema de carro en T, este artículo se centrará en los sensores de distancia láser. Un sensor de distancia láser utiliza un láser para indicar la distancia entre el sensor y cualquier objeto con el que interactúe el láser emitido.

El láser se envía desde el sensor a un objeto, luego se refleja en el objeto y el sensor recibe la luz reflejada. Utiliza el tiempo transcurrido desde que se envió el rayo hasta que se recibió de nuevo para saber qué tan lejos está el objeto en cuestión, lo que se conoce como sensor de tiempo de vuelo.

Los sensores de distancia láser pueden proporcionar una señal analógica o digital a la unidad de control. Esta señal se puede utilizar como una entrada continua para la lógica de control al tomar decisiones para el movimiento del T-cart. Luego, el láser puede transmitir un rango de valores basados ​​en la posición del carro en T durante su tiempo de viaje. Luego, la lógica del PLC puede tomar los datos sin procesar y tomar decisiones basadas en la ubicación actual del carrito y adónde debe viajar a continuación.

Figura 3. Tiempo de vuelo. Video utilizado por cortesía de Pepperl + Fuchs

Técnicamente, un carro en T se puede controlar con un solo sensor de distancia láser que dispara en paralelo a las pistas. El sensor puede ubicarse en un soporte fijo mirando el carro en sí o montado en el carro y moverse a lo largo del camino con el carro mirando un objeto estacionario.

Las opciones de montaje deben reflejar la ruta de cableado más fácil posible. Un solo sensor puede transmitir suficiente información para controlar el carro, proporcionando un rango de números; por ejemplo, 0–10000 mm en una pista de 10 m. Si bien esta configuración funciona técnicamente, deja abierta la posibilidad de fallas inadvertidas dentro del sistema. Si algo cae en la trayectoria del láser, de repente leerá un número mucho menor y el PLC podría pensar que está en una posición diferente de la que realmente está.

Uso correcto de sensores de distancia láser para el funcionamiento del carro en T

El uso apropiado de sensores láser en el escenario descrito anteriormente es usar dos sensores, ya sea apuntados en direcciones opuestas en el carro en T o desde extremos opuestos de la pista si se montarán fuera del cuerpo del carro en T. Esta configuración proporciona redundancia al sistema y el PLC recibe suficiente información para detectar muchas fallas diferentes dentro del sistema.

Figura 4. Un sensor de distancia láser. Imagen utilizada por cortesía de Baumer

Con dos láseres, el PLC o la unidad de control recibirá dos alimentaciones de datos independientes. Teóricamente, estas fuentes de datos deberían estar dentro de un cierto rango entre sí. Si los datos recibidos salen del rango dado, el PLC reconoce que algo sucedió dentro de la celda. O algo ha caído en el camino del carro en T o el láser está dando información defectuosa.

Un sistema que involucra dos láseres también tiene el beneficio adicional de verificar cualquier dato esporádico de los sensores. Si un sensor "salta" en su ubicación, pero el otro no, el PLC puede programarse para enviar una alarma al sistema.

Los láseres también pueden ayudar a controlar varios T-carts en la misma pista. Si cada carro tiene dos láseres, sus distancias se conocen y se utilizan para el control de varios carros. Los mismos procesos de falla se aplican a este sistema, similar a un solo sistema T-cart.

Los sensores de distancia láser son una manera fácil de modernizar los viejos sistemas de carro en T que tradicionalmente funcionan con interruptores de límite. Se pueden montar fácilmente en el carro o cerca de la pista para proporcionar información vital al PLC. Las nuevas células robóticas y automatizadas también pueden beneficiarse de ellas como una forma más sencilla de detección para la unidad de control. Utilice dos sensores para crear redundancia y detener fallas en caso de errores o productos caídos en los carriles.