Los sensores en la producci�n

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					                                                                                                                  Los sensores
                                                                                                               en Ia producción

                                                                                                        José Antonio Velasquez Costa*


R E S U ME N: L os s en s o re s s on e l e m e n t os f í s i c o s q u e pertenecen a                                                             DEFINICION
un tipo de dispositivo llamado transductor. Los t ransductores s on elem entos
c apaces de tran sform ar un a variable física a otra diferente. Los sensores
captan las señales neces arias para conocer el estado del proceso y decidir
                                                                                              Un sensor es un dispositivo que responde a propiedades de
su desarrollo futuro. Detectan posición, presión, temperatura, c audal,
velocid ad y acelerac ión entre otras variables. L os sensores más                        tipo eléctrico, mecánico, térmico, magnético, químico, etc.;
utilizados en la industria son de proxim idad y verem os cuales son sus                   generando una señal eléctrica que puede ser susceptible de
aplicaciones en el Laboratorio CIMURP.                                                    medición. Normalmente las señales obtenidas a partir de un
                                                                                          sensor son de pequeña magnitud y necesitan ser tratadas
                                                                                          convenientemente en aspectos de amplificación y filtrado.
ABSTRAC T: The sensors are physical elem ents that belong t o a t ype o f
devide c alled tran sducer, The tran sducers are elements capable t o
transform a physical variable to another different one, The sensors capture                   Si a un elemento sensor se le adjunta un dispositivo de
the necessary signs to know the state of the process and to decide their future           acondicionamiento de la señal, entonces se le denomina
development. They detect position, pressure, temperature, flow, speed and                 transductor.
acceleration among many other variables. The sensors more used in the
industry are Proximity Sensors and we will see which are their applications in                La gama de sensores disponibles en el mercado es muy
the Laboratory CIM of the University Ricardo Palma.
                                                                                          amplia, con el objeto de responder a los múltiples problemas de
                                                                                          detección que se plantean en las máquinas de fabricación.

                                                                                              Los sensores basados en fenómenos eléctricos, magnéticos u
                                                                                          ópticos adoptan una estructura general que se componen de tres
                                                                                          etapas:
                                                                                             Sensor o captador. Efectúa la conversión de las variaciones
                                                                                              de una magnitud física en variaciones de una magnitud
                                                                                              eléctrica o magnética.
                                                                                             Etapa de tratamiento de la señal. Puede o no existir, se
                                                                                              encarga de efectuar el filtrado, amplificación y comparación de
                                                                                              la señal mediante circuitos electrónicos.

                                                                                             Etapa de salida. Está formada por los circuitos de
                                                                                              amplificación, conversión o conmutación necesarios en la
                                                                                              puesta en forma de la señal de salida.



                                                                                                                                              CLASIFICACION

                                                                                              Desde el punto de vista de la forma de la variable de salida,
                                                                                          podemos clasificar los sensores en dos grupos: analógicos, en
                                                                                          los que la señal de salida es una señal continua, analógica; y
                                                                                          digitales, que transforman la variable medida en una señal
                                                                                          digital, a modo de pulsos o bits. En la actualidad los sensores
                                                                                          más empleados son los digitales debido sobre todo a la
                                                                                          compatibilidad de su uso con las computadoras.

                                                                                                Sensores analógicos. Suministran una señal proporcional
                                                                                                 a una variable analógica, como pueden ser presión,
                                                                                                 temperatura, velocidad, posición.



                                                                                                            * Ing.   Industrial, docente, Jefe del laboratorio CIM – URP
                                                                                                                                                     (cim.urp@gmail.com)
      Sensores digitales o "Todo o Nada". Este tipo de captador             Los sensores de este tipo constan básicamente de una
       suministra una señal que solamente tiene dos estados,             bobina y de un imán. Cuando un objeto ferromagnético penetra
       asociados al cierre o apertura de un contacto eléctrico, o        o abandona el campo del imán el cambio que se produce en
       bien, a la conducción o corte de un interruptor estático          dicho campo induce una corriente en la bobina; el
       como transistor a tiristor. Son los má s u ti l izad os en l a    funcionamiento es sencillo; si se detecta una corriente en la
       autom a tiza c ión d e movimiento y adoptan diferentes            bobina, algún objeto ferromagnético ha entrado en el campo del
       formas: detector de proximidad inductivo, capacitivo, óptico,     imán.
       magnético, entre otros.
                                                                             C o m o p od e m os d e du c i r rá p i da m en t e, e l g ra n
                      CARACTERÌSTICAS GENERALES                          inconveniente de este tipo de sensores es la limitación a objetos
                                                                         ferromagnéticos, aunque en aplicaciones industriales son
    A los sensores, s e l es       debe exi gi r u na      seri e de     bastante habituales.
c a rac terí s ti ca s:

   Exactitud. Debe poder detectar el valor verdadero de la variable          Los sensores inductivos están presentes en seis estaciones del
    sin errores sistemáticos. Sobre varias mediciones, la desviación     La boratori o       CIM.       Las     estac iones      de    s olda dura,
    de los errores cometidos debe tender a cero.                         ensamblaje, prensa, FMS y control de calidad las necesitan
                                                                         para indicar al PLC cuando un pallet está presente en cada
   Precisión. Una medida será más precisa que otra si los posibles      estación. Estos pallets contienen materias primas, productos
    errores aleatorios en la medición son menores.                       intermedios o productos terminados. Los productos pueden ser
   Rango de funcionamiento. Debe tener un amplio rango de               bases sin procesar, tapas sin procesar, pines sin procesar, PCB sin
                                                                         soldar, bases procesadas, tapas procesadas, pines procesados,
    funcionamiento, es decir, debe ser capaz de medir de manera
    exacta y precisa un amplio abanico de valores de la magnitud         PCB soldados, PCB soldados y con inspección y el producto
    correspondiente.                                                     terminado que es la ruleta electrónica. Cuando estos productos
                                                                         deben ser procesados, un robot coge los pallets y los lleva a
   Velocidad de respuesta. Debe responder a los cambios de la           posiciones predeterminadas donde son colocados temporalmente,
    variable a medir en un tiempo mínimo Lo ideal sería que la           es aquí donde el sensor inductivo ubicado en cada una de las
    respuesta fuera instantánea.                                         posiciones, detecta el pallet presente y le transmite esta
   Calibración. Es el proceso mediante el cual se establece la          información al PLC para que continúe un proceso secuencial.
    relación entre la variable medida y la señal de salida que produce   En la figura 1 se muestra sensores inductivos que detectan el paso de
    el sensor. La calibración debe poder realizarse de manera            vagones por la banda transportadora. Estos vagones transportan a los pallets,
    sencilla y además el sensor no debe precisar una recalibración       los que a su vez alojan a los productos. Cada vez que un vagón pasa por estos
    frecuente.                                                           sensores, el sensor de proximidad se activa y manda una señal al PLC
                                                                         indicándole que un vagón se está aproximando a una siguiente estación de
   Fiabilidad. Debe ser fiable, es decir, no debe estar sujeto a        trabajo. En la figura 2 se muestra el sensor inductivo de la estación de
    fallos inesperados durante su funcionamiento.                        Prensa Hidráulica este sensor está ubicado

   Coste. El coste para comprar, instalar y manejar el sensor debe
    ser lo más bajo posible



                            SENSORES DE PROXIMIDAD


    Por lo general se trata de sensores con respuesta a todo o
nada, con cierta histéresis en la distancia de detección, con
salida de interruptor estático (transistor, tiristor, triac). Algunos
pueden dar una salida analógica proporcional a la distancia.



                                         S en so r es i n d u ct ivos

   Este tipo d e sensores s e ba sa n en el ca mbio de
inductancia que provoca un objeto metálico en un campo
                                                                                    Figura 1.Sensor inductivo de la banda transportadora
magnético.
                                                                            verifica que existan pines procesados en los pallets
                                                                            correspondientes, para ello el robot tiene un sensor acoplado
                                                                            en su muñeca. Cuando el sensor detecta un pin, el robot lo
                                                                            coge y lo coloca en la tapa de la ruleta electrónica. Cada
                                                                            ruleta necesita de cuatro pines, por lo que el robot
                                                                            cuando no detecta la presencia de un pin, automáticamente
                                                                            pasa a detectar la pres en cia de u n segundo pin y a sí
                                                                            sucesivamente hasta conseguir que el robot ensamble los 4
                                                                            pines requeridos (Fig. 4).




           Figura 2. Sensor inductivo de la estación de prensa hidráulica



en un bloque llamado Posición 1, el cual permite alojar
temporalmente los pallets. De la misma manera , cuando el
brazo robótico de la estación de prensa coge un pallet y lo coloca
en la posición 1 de esta estación, el sensor se activa, enviando esta
información al PLC.


                                                 Sensores capacitivos

   Como su nombre indica, están basados en la detección de un                       Figura 3. Sensor cap acitivo de la estación FMS
cambio en la capacidad del sensor provocado por una superfi ci e
próxi ma a és te. Cons ta n de dos el ementos principales; un
elemento cuya capacidad se altera (que suele ser un condensador
formado por electrodos), y el dispositivo que detecta el cambio de
capacidad (un circuito electrónico conectado al condensador).

   Estos sensores tienen la ventaja de que detectan la proximidad
de objetos de cualquier naturaleza; sin embargo, hay que
destacar que la sensibilidad disminuye ba stante cua ndo la
distanc ia es sup eri or a algu nos milímetros. Ademá s, es
muy dependiente del tipo de ma teria l. Por ejemplo, a una
distancia de 5 mm, la medida del cambio de capa cidad es el
doble más precisa si el elemento que se aproxima es hierro,
que si es PVC.

   Este tipo d e s ensores permite detec ta r materia les                           Figura 4. Senso r cap acitivo d e la estación d e ensamblaje
metálicos o no, pero su sensibilidad se ve muy afectada por el
tipo de material y grado de humedad ambiental del cuerpo a
detectar. Las aplicaciones típicas son en la detección de                                                                   Sensores Ópticos
materia les no metá licos com o vidrio, cerá mica, plástico,
madera, agua, aceite, cartón, papel, etc.                                      Emplean fotocélulas como elementos de detección. A
                                                                            veces disponen de un cabezal que contiene un emisor de luz
   Sensores de este tipo están presentes en los robots de la                y la fotocélula de detección del haz reflejado sobre el objeto.
estación de ensamblaje y FMS, en ambos casos el sensor                      O tros tra ba ja n en modo barrera y se utilizan pa ra
capacitivo cumple la misma función, que es detectar la                      cubrir mayores distancias, con fuentes luminosas
presencia de pines. El robot de la estación FMS poses un sensor             independientes del detector. Ambos tipos suelen trabajar
capacitivo en su muñeca y lo utiliza para detectar los pines sin            con frecuencias en la banda de infrarrojos.
procesar que van a ser procesados en el Torno CNC, para ello
primero tiene que detectar los pines y cuando los detecta , los                  Su utilización principal es como detectores de posición.
coge (Fig. 3). En el caso de la esta ción de ensamblaje el robot            El    principio de funcionamiento está basado en la
generación de un ha z luminoso por pa rte de un fotoemisor,                  los coge y los lleva hacia un vagon ubicado en la banda
que se proyecta sobre un fotorreceptor, o bien, sobre un                     transportadora. De manera similar el brazo detecta si es
dispositivo reflectante. La interrupción o reflexión del haz, por            que un vagón contiene pallets y los retira para guardarlos
parte del objeto a detectar, provoca el cambio de estado en la               en el almacén.
salida de la fotocélula.
                                                                               Los sensores ópticos de la estación de soldadura están
   Se clasifican según su sistema de detección:
                                                                             ubicados en el magazine de clip de baterías y en la

    Sistema de detección de “barrera                                        posición de soldadura. El sensor ubicado en la posición de
                                                                             soldadura detecta la presencia del PCB que va a ser
    Sistema de detección “réflex”                                           soldado con el clip de batería. Otro sensor òptico es
                                                                             utilizado para el robot sepa cuando existe la presencia de
    Sistema de detección “autoreflex”                                       clips para que lo pueda coger y llevarlo a la posición de
                                                                             soldadura, donde se encuentra un PCB sin soldar. Luego
Sensor fotoeléctrico de barrera                                              de ello el robot une ambos tanto el PCB como el clip
                                                                             mediante un proceso de soldadura.
   Dispone de emisor y receptor de haz luminoso dispuestos
 separadamente                                                                 En la estación de ensamblaje hay sensores ópticos en los
                                                                             magazines o almacenes temporales. El magazine 1 que
Sensor óptico tipo réflex                                                    sirve para alojar tapas procesadas y van apiladas unas
                                                                             sobre otras. Aquí hay un sensor óptico fotoeléctrico de
   Concentra en un solo bloque el emisor y receptor, siendo más              barrera (Fig. 5), en el ma gazine 2 también hay un
 fácil su instalación, aunque requiere u dispositivo reflector. Para         sensor óptico fotoeléctrico de ba rr era y s ir ve p a ra
 este cometido se suele emplear un sistema catadióptrico, que                det ec ta r   la s   b a s es   q ue   ha n   s id o   procesadas y
 tiene la propiedad del triedro trirectangular, el cual refleja la luz       requieren ser ensambladas. El magazine 3 aloja a las
 en la misma dirección en la que llega.                                      ba terí a s y es un senso r de ti po a utoréfl ex. La
                                                                             prens a hidrául i ca ta mbi én ti en e un sensor óp tico
   Dispone de una mayor distancia de detección que el sistema de
                                                                             que s irva pa ra detectar la presencia de ruletas
 barrera, teniendo en cuenta que el trayecto que recorre el haz de
                                                                             el ec trónicas q ue van a ser prensadas. La estación de
 luz es el doble.
                                                                             control de calidad tiene sensores ópticos que detectan
                                                                             la presencia de los PCBs que van a ser inspeccionados
Sensor óptico tipo autoréflex
                                                                             (Fig. 6).

   En este sistema es el propio objeto a detectar el que funciona
 como   elemento     reflector,   lo   cual   simplifica   la   tarea   de
 instalación. Por el contrario, su inconveniente es que dispone de
 una menor distancia de detección en comparación con los dos
 tipos anteriores.

   Las ventajas de este tipo de detectores son la inmunidad a
 perturbaciones electromagnéticas, las grandes distancias de
 detección, alta velocidad de respuesta, identificación de colores y
 detección de pequeños objetos. Una variante importante son los
 construidos de fibra óptica que permite separar el punto emisor
                                                                                Figura 5 . Sensor óptico de la estación de ensamblaje
 y el detector de la unidad principal del sensor con las ventajas
 de accesibilidad que ello proporciona.

   En el CIM encontramos sensores ópticos en cinco estaciones
 de trabajo, Almacén o AS/RS (Automatic Storage & Retrieval
 System), Soldadura, Ensamblaje, Prensa Hidráulica, Control de
 Calidad. La estación AR/RS utiliza este sensor para detectar la
 presencia de pallets, para ello cada pallet tiene adherido un
 dispositivo reflector. Cuando los pallets son retirados del
 almacén, el brazo robótico detecta qué pallets estan disponbles,
                                                                                               i nd i c a a l PL C su p os i c i ón , es t a i nd i c a ci ó n
                                                                                               t a mb i é n l a da c u a nd o e l d i sp osi t i v o s a l e d e la
                                                                                               z on a d e p r en sa d o.




      Figura 6. Sensor óptico de la estación de control de calidad



                                                         Sensores magnéticos                           Figura 7. Sensor magnético de la estación AS/RS

     L o s s en s or es m a gn é ti c o s u sa n e l e f ec t o M a g n et o                   L a p r en s a e n sí ta mb i én ti en e un s en s or
R es i s ti vo ,     p r op i e da d       p or    la      c ua l ,    un      ma ter i a l    m a gn ét i c o q u e l e i n d i c a a l PL C c ua n d o és ta s e
m a gn ét i c o c a mb ia s u r es i s te n c ia en p r es en c i a d e u n                    e n c u en tr a a rr i b a o a ba j o. L a e s t a c i ó n F M S , a l
c a mp o        ma g n é ti c o      e x t er n o.   Es t o       p rop or c i on a      un    i gu a l q u e la es ta c i ón d e e n s a mbl a j e, p o s ee
e xc el en t e        m ed i o         pa ra       m ed i r         c on     p r ec i s i ón   s en s or es m a gn ét i c os en e l m od u l o d e g ri pp er , el
                                                                                               c ua l l e p e rm i t e a l ro b ot p od e r a c op l a r s e a ot ro
d es p l a za mi en t os l i n ea l e s y a n g u l a r es ( p or e j em p l o, en             g ri p p er pa ra q u e p u e da c o ge r c or r e c t a m e n t e l os
v a r i l l a s m e tá l i ca s , l ev a s , c r em a l l er a s ) , p u es p eq u eñ o s      p in es s i n p r oc es a r. E n l a es ta c i ón d e c on t r ol d e
m ovi m i en tos m ec á n i c o s p ro du c en c a mb i o s m ed i b l e s en                  c a l i da d , l o s s e n s o re s s e u ti l i za n pa ra i nd i ca rl e a l
e l c a mp o m a gn ét i c o.                                                                  P LC cu a nd o l o s s u j et a d or es h a n c og id o a l PC B `s
                                                                                               e n l a z on a d e c o n t ro l , ta m b i é n s e p u ed en a p re c i a r
                                                                                               e n e l c u e rp o d el ci l i n d r o n e u má ti c o q u e h a c e
      L o s s e n s o r e s d e e s t a s e r i e en c u e n t ra n a pl i c a c i ó n en
                                                                                               d es p l a za r la cá m a ra d e i lu m in a c i ón d e d i c ha
i n s tr um e n t a ci ó n y c on t ro l d e p roc es os , c o m o ta m b i é n                e s t a c i ó n . L a b a n d a tr a n s p o rt a d ora t i en e p i s to n es
e n a u tom a t i za ci ó n i n d u s tr ia l .                                                q u e s u b e n y b a j a n pa ra d e te n er l o s v a g on e s q u e
                                                                                               v a n s o b r e el l a . Es t os p i s to n e s t i en e d os es ta d os
      S o n s en s or es q u e s e a p l i c a n fu nda m en ta l m e n t e e n                ( a c ti v a d o o d e s a c ti v a d o ) , e l s e n s o r ma g n ét i c o l e
l a d e te c c i ó n d e p os i c i ón d e l os c i l in d ro s n eu má t ic os .              i nd i c a l a p o s i ci ón d e l os pi s t on es a l P L C y d e
                                                                                               a cu erd o a una l óg i c a d e c o n tr ol s e c o n t i n ua c o n
E n l o s c i l i n d r os e xi s t e u n i m á n q u e p er m a n e c e f i ja d o
                                                                                               e l p r oc es o.
e n el p i s tó n d el c i l i nd r o. L os s e n s ore s m a g n ét i c o s s e
e n c u en tr a n e n l a s e s t a c i o n es A S / RS , s o ld a d u ra ,                          P o r l o ex p l i c a d o a n t e ri or m en t e s e p u ed e
e n s a mb l a j e , p r en s a h i d rá u l i ca , F M S , c o n tr ol d e c a l id a d       c on c l u i r q u e e xi s t e u n a gr a n va ri ed a d d e s en s o res
y l a ba nda t ra n s p or ta d o ra . La es ta c i ón A S / R S us a l o s                    y c u ya u t i li za c i ón s ól o d ep e nd e d e l a ma g ni tu d
s en s o re s m a gn é t i c os pa ra i n d i ca rl e a l b ra z o rob ót i c o                q u e e n l a p rá c ti ca s e d es ea m e d i r u obs er va r. N o
                                                                                               q u i er o d ej a r d e re s a l ta r l a i mp o rta n ci a d e l os
h a s ta d on d e d es p l a za r s e en el ej e X , a d e m á s d e                           s en s or es e n a l á mb i to i nd u s t r ia l , y a q u e to d a s l a s
i nd i c a rl e c ua n d o es q u e e s t á r et i ra n d o o c ol oc a n d o                  e m p r es a s q u e s e d e d i c a n a l a f a b ri ca c i ón o
o b j et os d es d e y h a c ia e l a l ma c én ( F i g. 7 ) . L a es ta c i ón                e l a b o ra ci ón d e di f er en t es p r od u c t os ti en e l a
d e s ol da du r a n ec es i t a l o s s en s or es m a gn é ti c os pa ra                     n ec es i d a d d e ha c e r u s o e i m p l e m en ta r es t a
q u e e l ro b o t en ví e l a s eñ a l a l P L C c ua n d o s u gri pp er s e                 t ec n o l o gí a en s u s p r oc e s o s , c on el fi n d e a dq u i r i r
                                                                                               a l g ú n t ip o d e d e te c c i ó n y c on tr ol d e l a s va r i a bl es
e n c u en tr e a b i e rt o o c e rr a d o . La e s ta c i ón d e e n s a mbl a j e
                                                                                               e n s u s s i s t em a s d e p r od u c c i ón .
t i en e s en s or es m a gn é t i c os q u e e s t á n i n s ta l a d os en e l
c u e rp o d e l o s c i li nd ros n eu má ti c o s ubi c a d o s en c a da
m a ga zi n e , a d e m á s d e te n er ot r o e n el m o d ul o d e
g ri p p er , el c ua l l e p e rm i t e a l r ob o t p od er a c o pl a r s e a
o tr o gr i p p er p a ra q u e pu eda c og er c o rr ec ta m en t e l o s
                                                                                               Referencias bibliográfica
p in es p ro c e s a d os . Es to s s en s or es ta m bi én e s t á n                          1. Elmer Ramírez. Controladores Lógicos Programables
u b i ca d os e n la e s t a c i ó n d e p r en s a h i d rá u li ca y s e u s a n             2. Emilio García Moreno. Automatización de Proceso
p a ra in di ca r l e a l P LC el e s t a d o d e l a p u e rt a d e i n gr es o                   Industriales
( a b i e rt a o c e rr a da ) , p o r d ond e i n g re s a l a rul et a                       3. H. Baumgarther. CIM Consideraciones Básicas
e l ec t r ón i c a h a c i a l a zo n a d e p re n s a d o . La r ul et a ll eg a a
                                                                                               4. Ramón Piedrafrita Moreno. Ingeniería de la Automatización
l a z on a d e p r en s a d o s ob re u n d i s p o s i ti vo q u e s e m u ev e
                                                                                                   Industrial
a t ra vé s d e u n r i e l . C ua nd o e s t e d i s p o s i ti v o en t ra a l a
z on a d e p re n s a d o , ha y un s e n s or ma g n ét i c o q ue l e

				
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