Sistemas Integrados de Manufactura (CIM)

1. ¿Qué es la rueda CIM? ¿Cómo afecta el concepto de rueda CIM en las instalaciones de automatización industrial?

La rueda CIM es un método que implementa sistemas integrados y de comunicación mediante datos de todo el proceso de fabricación de una empresa, llegando a mejorar la eficiencia de los empleados y la organización de estas empresas. El núcleo central del diagrama enlaza los diferentes procesos industriales mediante sistemas de comunicación o manufactura del producto, desde el diseño hasta el procesado de mercancías.

Robótica Industrial: Parámetros y Componentes

2. A) Enumera y explica cuatro parámetros básicos por los que se caracteriza un robot industrial.

• Peso de manipulación: Carga en punta del robot, incluyendo herramientas (TCP) e inercia.
• Precisión: Distancia entre el punto verdaderamente alcanzado y el ordenado.
• Repetibilidad: Promedio de error entre las distancias alcanzadas por el robot cuando se le ordena posicionarse en el mismo punto repetidas veces.
• Resolución: Distancia mínima entre dos puntos distintos a los que se puede mover un robot.

2. B) ¿Qué es un posicionador para robot? ¿Qué es un eje de traslación de un robot?

Posicionador: Herramienta que ubica la pieza al robot para que alcance todas las posiciones necesarias y al operario para que cargue y descargue con comodidad y eficiencia.

Eje de traslación: Es una guía lineal que permite transportar el robot a lo largo de la misma para alcanzar cualquier posición.

Visión Artificial (VA): Escenas, Iluminación y Láseres

3. A) ¿Qué tipo de escenas suele darse en aplicaciones de Visión Artificial?

• Escenas no estructuradas: Conllevan oclusiones, iluminación no constante y objetos no previstos.
• Escenas estructuradas: Iluminación constante, escenas similares y objetos previsibles.

3. B) Explica por qué la iluminación es uno de los aspectos más decisivos de cualquier aplicación de VA.

Gracias a una buena iluminación podemos obtener una imagen en las mejores condiciones para un posterior procesamiento, optimizando el contraste para separar características de la imagen del fondo. También facilita mantener constante la intensidad y la dirección de la luz. De esta forma, se reducen los algoritmos de procesamiento y, por tanto, se reduce el tiempo de respuesta del sistema.

3. C) Diferencia entre un láser Gaussiano y uno no Gaussiano.

Un láser no Gaussiano tiene una intensidad de línea uniforme, a diferencia del Gaussiano que sufre de una atenuación al ir alejándose del centro de la línea.

4. A) ¿Qué ventajas puede tener utilizar una luz cromática como iluminación? Si iluminamos con luz azul un objeto azul y otro rojo, ¿de qué color se verá cada objeto? ¿Qué objeto se verá más claro y cuál más oscuro?

• La ventaja que tiene utilizar una luz cromática es que nos permite crear mayor contraste en las imágenes, pudiendo diferenciar entre objetos de distintos colores.
• El objeto azul se verá claro (casi blanco) y el objeto rojo se verá oscuro (casi negro), respectivamente. Esto se debe a que el objeto azul refleja los rayos de luz de su misma gama de colores, mientras que el objeto rojo absorberá gran parte del color azul al no tener el mismo espectro de colores.

Ópticas Especiales y sus Características

5. Tipos de ópticas especiales y características:

• Pericéntricas: Visión lateral desde una visión cenital, no necesitan espejos.
• Telecéntricas: Visión totalmente paralela del objeto a analizar. La lente tiene que ser igual o superior al objeto y de gran calidad. Tienen baja distorsión y reducción de los errores de perspectiva.
• Inspección de agujeros: Inspeccionan cavidades desde fuera, sin necesidad de introducir la óptica. Poseen gran profundidad de campo. La superficie captada puede ser desenvuelta para visualizarla más claramente.
• Boroscópica: Se usa para inspeccionar agujeros cuando los aspectos ocultos solo pueden ser visualizados introduciendo una sonda en el interior. Permite visión de 360º.
• Polyview: Se usa para obtener diferentes vistas de un objeto, sin necesidad de múltiples cámaras alrededor de él.
• Espectrógrafo: Sistema óptico de dispersión de luz para su procesamiento multiespectral.

Sensores de Imagen: CCD y CMOS

6. Tipos de sensores de imagen y características:

• CCD (Charge-Coupled Device): Lectura en 3 fases:
  • Integración de la imagen.
  • Desplazamiento de carga para ser leída.
  • Electrones desplazados se leen en un amplificador.
• CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor).

7. Diferencia entre CMOS y CCD.

• CCD: Salidas analógicas.
• CMOS (Primera generación): Incluyen cadena de procesamiento analógico de la señal. Salidas analógicas.
• CMOS (Segunda generación): Incluyen parte de la cadena de procesamiento digital de la señal. Incluyen conversores A/D. Salidas digitales.
• CMOS (Tercera generación): Incluye la cadena de procesamiento de la señal completa.

8. Tipos de CCD.

• Full Frame: El CCD debe mantenerse a oscuras durante la lectura. Se desplaza la carga de la imagen a la última fila de celdas del sensor.
• Transferencia entre líneas: Cada segunda columna se cubre con una máscara opaca. Cuando finaliza la integración, la carga se desplaza a la columna enmascarada. Mientras se realiza la lectura se puede integrar la siguiente imagen.
• Transferencia de cuadro: Array de sensores del doble de largo (la parte superior integra y la inferior es opaca). Tras la integración, se desplaza la carga a la parte inferior. La lectura se hace en la parte inferior.
• Front Illuminated: Diseñado para ser iluminado frontalmente. No permiten recubrimiento antirreflectante.
• Back Illuminated: Sensibles en el ultravioleta y en el azul. Permite recubrimiento antirreflectante.

9. Características del CCD.

• Ruido de lectura: Causado por los errores del circuito de lectura. A mayor rapidez de lectura, mayor ruido.
• Corriente oscura: Se origina por fenómenos térmicos debido a la temperatura (T). Para reducirla hay que reducir la temperatura.
• Tiempo de integración: Tiempo variable. Se necesita que tenga tiempos de integración largos para bajo nivel de luz.
• Ruido fotónico: Resulta de la naturaleza cuántica de la luz. El número de fotones es aleatorio y sigue la distribución de Poisson.
• Rayos cósmicos.
• Fringing: Solo en Back Illuminated. Se generan interferencias debido a reflexiones múltiples internas.
• Blooming: Exceso de fotoelectrones que desbordan del píxel actual para repartirse por los píxeles adyacentes.
• Rango dinámico: Cuantifica la capacidad de un sensor para captar adecuadamente luces y sombras oscuras en la misma escena.

10. Ventajas y desventajas de los CCD.

• Ventajas: Fotodetectores, muy bajo ruido de lectura y bajo patrón fijo de ruido.
• Desventajas: No integra otros circuitos analógicos/digitales, altamente no programable, alto consumo de potencia y frame rate limitado.

11. Configuraciones CMOS.

• PPS (Passive Pixel Sensor): Fotodiodo más transistor de direccionamiento.
• PPS con amplificador de columna: Mejora las prestaciones de ruido introduciendo un amplificador analógico para cada columna.
• APS (Active Pixel Sensor): Cada píxel tiene su propio amplificador individual. Requiere implementar al menos 3 transistores: uno de reset, uno de amplificación y uno de selección de fila.
• DPS (Digital Pixel Sensor): Cada píxel tiene su propio ADC (Conversor Analógico/Digital).

Controladores Lógicos Programables (PLC)

12. Descripción SoftPLC.

El control lo realiza un PC. Se utiliza en aplicaciones donde un autómata está más limitado y un PC puede realizar las tareas rápidamente.

13. Descripción SlotPLC.

Independiente del PC. Permite intercambio de datos intensivo con el PC. Necesario donde el control típico PLC sigue precisándose.

Robótica: Definiciones, Cinemática y Seguridad

14. ¿Qué es un robot industrial?

Manipulador multifuncional reprogramable, con varios grados de libertad, capaz de manipular materias, piezas, etc.

15. Cadena cinemática.

Numerando secuencialmente los enlaces desde el primer eslabón, cada enlace está conectado mediante articulaciones exclusivamente al enlace anterior.

16. Tipos de robots industriales.

• Robot cartesiano: Válido para mover cargas elevadas.
• Robot delta: Cargas ligeras y alta velocidad.
• Robot articulado: Alcance de posiciones lejanas.
• Robot cilíndrico: Para operaciones de carga y descarga.
• Robot SCARA.

17. Cinemática directa.

Partiendo de las coordenadas propias del robot se pasa a posición y orientación del punto terminal.

18. Cinemática inversa.

Partiendo de las coordenadas propias del robot se pasa a posición y orientación del punto terminal.

19. Tipos de paro en un robot industrial.

• Paro de emergencia: Desconecta la alimentación de las unidades de accionamiento, excepto la tensión de liberación de frenos y la unidad de control. Tiene prioridad sobre cualquier otro control. Necesita rearme.
• Paro de protección del área de trabajo: Conexión de equipos de seguridad externos al robot mediante entradas eléctricas.
• Paro retardado de protección del área de trabajo: Produce un paro suave, pero con la misma finalidad de un paro normal.
• Hold-to-Run: El usuario deberá mantener pulsada la tecla de arranque de programa para poder mover el robot.

Tipos de Iluminación en Visión Artificial: Ventajas y Desventajas

20. Iluminación frontal (Ringlight).

La cámara se posiciona en la misma dirección de la luz.

• Ventajas: Elimina sombras, se puede utilizar a grandes distancias cámara/objeto, resalta características en partes no reflectantes.
• Desventajas: Intensos reflejos sobre superficies reflectantes.

Iluminación lateral (Spotlight).

La cámara se posiciona mirando al objeto, mientras que la dirección de la luz es lateral al objeto.

• Ventajas: Resalta los relieves por pequeños que sean.
• Desventajas: Con ángulos pequeños respecto a la horizontal, la luz producirá sombras en todos los relieves.

Iluminación por campo oscuro (Dark Field).

La luz se emite lateralmente con un ángulo muy pequeño mediante un anillo en todas las direcciones.

• Ventajas: Destaca los detalles en superficies con muy poco contraste.
• Desventajas: No es recomendable en superficies que absorban luz.

Iluminación por contraste (Back Light).

La luz se emite desde la parte posterior del objeto, quedando entre la fuente y la cámara. La iluminación tiene que ser uniforme en toda la superficie del plano.

• Ventajas: Permite inspecciones de siluetas con mediciones muy precisas.
• Desventajas: No permite reconocer los detalles superficiales del objeto (códigos).

Iluminación axial difusa.

Ilumina en el eje de la cámara; para ello genera luz lateralmente, siendo reflejada 90º por un espejo semitransparente.

• Ventajas: Permite inspección de códigos en materiales altamente reflectantes.
• Desventajas: No permite reconocer relieves.

Iluminación difusa tipo DUOMO.

La luz es emitida dentro de una cúpula esférica, resultando una luz difusa desde todas las direcciones. Elimina sombras y reflejos, suavizando texturas.

• Ventajas: Elimina sombras y minimiza arrugas.
• Desventajas: Coste elevado.

Iluminación por láser (estructurada).

Se usa para resaltar o determinar una tercera dimensión de un objeto. Se coloca la luz láser en un ángulo conocido respecto al objeto a iluminar y la cámara, de forma que, viendo la distorsión de la luz, se puede interpretar la profundidad de los objetos.

• Ventajas: No le influye la iluminación externa.
• Desventajas: Coste elevado y cuidado con la intensidad lumínica del láser.

Iluminación con luz cromática e infrarroja.

Se emplea la iluminación de distintos colores para crear mayor contraste.

Iluminación con luz polarizada.

Se coloca una lámina transparente que atenúa las oscilaciones del campo E en una dirección, dejando pasar la luz que oscila en dirección perpendicular.

• Ventajas: Elimina reflejos.

Luz estroboscópica.

Ideal para analizar objetos en movimiento o piezas en una cinta transportadora.

• Da una iluminación intensa. El mayor inconveniente es la sincronización de la cámara y el flash.

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