Como controlar sistemas robóticos de transferência com sensores de distância a laser

Os sensores de distância a laser têm vários usos nas indústrias de robótica e automação. Eles podem abranger muitas facetas diferentes da indústria, mas este artigo se concentra em retrofits de células para tecnologia desatualizada usando sensores de distância a laser como sensores de posição.

Esses sensores podem ser extremamente precisos para determinar a distância, o que os abre para muitos tipos diferentes de controle. No entanto, deve-se observar que certos recursos de segurança devem ser programados no sistema para garantir que qualquer falha do laser seja tratada com segurança.

Métodos tradicionais de controle de T-cart

Para entender o controle do T-cart, é importante entender em que consiste exatamente uma operação do T-cart. Um carrinho T é um carrinho controlado eletronicamente, geralmente em trilhos de metal, que separa e movimenta paletes em uma operação de paletização automatizada. Esses carrinhos movem paletes em um ambiente de depósito. Eles normalmente levam os paletes de um conjunto de esteiras de carregamento para a próxima etapa do processo de paletização - geralmente uma estação de embalagem termorretrátil.

Figura 1. Um carrinho guiado por trilhos. Imagem usada cortesia de Muratec

Os carros em T usam um controlador lógico programável (PLC) ou robô para controlar os movimentos e agir como o “cérebro” por trás das operações do carrinho. Um PLC pode usar diferentes entradas para interpretar quando e para onde levar os diferentes paletes carregados ou descarregados. O PLC precisa de feedback do próprio T-cart para entender sua localização em suas muitas combinações de caminhos diferentes.

Chaves de limite

Há uma infinidade de maneiras diferentes de fornecer dados de localização de um T-cart ao PLC ou sistema robótico que o controla. Uma prática desatualizada, mas comum, é usar interruptores de limite para retransmitir a localização do carrinho. Embora os interruptores de limite funcionem muito bem em retransmitir as informações apropriadas para a unidade de controle, eles têm certas armadilhas mais facilmente gerenciadas com a tecnologia de detecção moderna. Os interruptores de limite também requerem uma programação mais extensa do que outros tipos de sensores, porque eles transmitem menos informações a qualquer momento.

Figura 2. Interruptor de limite industrial NEMA da Eaton. Imagem usada cortesia de Eaton

Embora os interruptores de limite funcionem para um sistema T-cart, eles têm pontos fracos que outros sensores mais modernos não têm. Para começar, eles são uma unidade elétrica / mecânica. Vários fatores podem afetar seu desempenho, uma vez que dependem de entradas elétricas e mecânicas para funcionar corretamente. Para todos os efeitos práticos, quaisquer problemas elétricos desenvolvidos em uma chave fim de curso também podem se desenvolver em qualquer outra unidade de detecção elétrica, portanto, eles não serão considerados neste caso.

Uma vez que os interruptores de limite envolvem interação física com seu ambiente para o funcionamento adequado, eles podem ser afetados mais facilmente do que os sensores que dependem apenas de detecção elétrica. O desgaste físico pode ser um fator determinante em seu desempenho. Com o tempo, o switch pode se desgastar e, lentamente, começar a mudar a forma como opera, causando problemas dentro da célula. Como as mudanças são sutis, elas podem passar despercebidas até que ocorra uma falha catastrófica. Por último, eles também podem ser afetados negativamente quando uma força externa os move ou os empurra para fora de sua posição adequada.

Usando sensores de distância a laser

Embora muitos tipos de sensores possam funcionar para um sistema T-cart, este artigo se concentrará em sensores de distância a laser. Um sensor de distância a laser usa um laser para dizer a distância entre o sensor e qualquer objeto com o qual o laser emitido interage.

O laser é enviado do sensor para um objeto e, em seguida, refletido do objeto, e o sensor recebe a luz refletida. Ele usa o tempo decorrido desde o momento em que o feixe foi enviado até o momento em que foi recebido novamente para dizer a que distância está o objeto em questão, conhecido como sensor de tempo de vôo.

Os sensores de distância a laser podem fornecer um sinal analógico ou digital de volta à unidade de controle. Este sinal pode então ser usado como uma entrada contínua para a lógica de controle ao tomar decisões para o movimento do T-carrinho. O laser pode, então, retransmitir uma gama de valores com base na posição do T-cart durante seu tempo de viagem. A lógica do PLC pode então pegar os dados brutos e tomar decisões com base na localização atual do carrinho e para onde ele precisa ir em seguida.

Figura 3. Tempo de voo. Vídeo usado cortesia de Pepperl + Fuchs

Tecnicamente, um T-cart pode ser controlado com um único sensor de distância a laser disparando paralelamente aos trilhos. O sensor pode ser localizado em um suporte estacionário olhando para o próprio carrinho ou montado no carrinho e se mover ao longo do caminho com o carrinho olhando para um objeto fixo.

As opções de montagem devem refletir a rota de fiação mais fácil possível. Um único sensor pode transmitir informações suficientes para controlar o carrinho, fornecendo uma variedade de números; por exemplo, 0–10000 mm em uma pista de 10 m. Embora essa configuração funcione tecnicamente, ela deixa em aberto a possibilidade de falhas despercebidas no sistema. Se algo cair no caminho do laser, de repente ele lerá um número muito menor, e o PLC pode pensar que está em uma posição diferente do que realmente está.

Uso correto de sensores de distância a laser para operação de carrinho T

O uso apropriado de sensores a laser no cenário descrito anteriormente é usar dois sensores, apontados em direções opostas no T-cart ou em extremidades opostas da pista se eles forem montados fora do corpo do T-cart. Esta configuração fornece redundância ao sistema, e o PLC recebe informações suficientes para detectar muitas falhas diferentes dentro do sistema.

Figura 4. Um sensor de distância a laser. Imagem usada cortesia de Baumer

Com dois lasers, o PLC ou unidade de controle receberá dois feeds de dados separados. Esses feeds de dados devem teoricamente estar dentro de um determinado intervalo um do outro. Se os dados recebidos saem da faixa dada, o PLC reconhece que algo aconteceu dentro da célula. Ou algo caiu no caminho do T-cart ou o laser está fornecendo informações incorretas.

Um sistema envolvendo dois lasers também tem o benefício adicional de verificar quaisquer dados esporádicos dos sensores. Se um sensor “pula” em sua localização, mas o outro não, o PLC pode ser programado para enviar um alarme ao sistema.

Os lasers também podem ajudar a controlar vários carros T na mesma pista. Se cada carrinho tiver dois lasers, suas distâncias serão conhecidas e usadas para o controle de vários carrinhos. Os mesmos processos de falha se aplicam a este sistema, semelhante a um único sistema de T-cart.

Sensores de distância a laser são uma maneira fácil de adaptar antigos sistemas de T-cart que tradicionalmente funcionam com interruptores de limite. Eles podem ser facilmente montados no carrinho ou perto da pista para fornecer informações vitais ao PLC. Novas células robóticas e automatizadas também podem se beneficiar deles como uma forma mais simples de detecção para a unidade de controle. Use dois sensores para criar redundância e interromper falhas em caso de erros ou queda de produtos nas pistas.