SENSORI NEI SISTEMI
DI PRODUZIONE
Ultimo aggiornamento: 28/11/11
Prof. Gino Dini – Università di Pisa
Sensori
Principali scopi dei sensori nei sistemi di produzione:
1. fornire un segnale di ritorno al controllore
2. monitorare lo stato del sistema o dall’ambiente esterno
3. segnalare situazioni impreviste
4. operare in ambienti non strutturati
• riconoscere un oggetto
• determinare la posizione e l’orientamento di un
oggetto
Sensori
• Sensori di contatto
• Sensori di forza
• Sensori di prossimità
• Sensori di distanza
• Sistemi di visione
Sensori di contatto: microinterruttori
Tastatore
Modifica
correttori
Sì
Usura entro i
limiti ?
No
Sostituzione
placchetta
Sensore tattile piezo-resistivo TekScan
•
numero di elementi sensibili: tipicamente
2.288 per sensore
•
densità spaziale: fino a 248 elementi
per cm2
•
temperatura di lavoro da -9 a 60° C
•
dimensioni elemento sensibile da 3 x 3
mm a 578 x 884 mm
•
campi di misura della pressione da 0 a
175 MPa
•
spessore del sensore: 0,1 mm
Sensore tattile
Sensore tattile
Sensori
• Sensori di contatto
• Sensori di forza
• Sensori di prossimità
• Sensori di distanza
• Sistemi di visione
Sensore di forza
F = K Dx
Sensore di forza (on-off)
Sensore di forza (analogico)
Sensore
di forza
Polso
del robot
Gripper
Sensore di forza (analogico)
Sensore di forza analogico ATI 330
Campo di lavoro: Fx, Fy ± 330 N
Fz ± 660 N
Tx, Ty, Tz ± 30 Nm
Risoluzione: Fx, Fy, Fz 0,25 N
Tx, Ty, Tz 0,015 Nm
Dimensioni: 92 x 29 mm
Peso: 0,81 kg
Carichi massimi amissibili: Fx, Fy 4000 N
Fz 13000 N
Tx, Ty, Tz 340 Nm
Esempio di utilizzo sensore di forza
z
Z-axis force
dFz/dt
oil ring
z
top compression ring
bottom compression ring
Detection of missing parts by
force sensor
Sensori
• Sensori di contatto
• Sensori di forza
• Sensori di prossimità
• Sensori di distanza
• Sistemi di visione
Sensore di prossimità
Sensore di prossimità induttivo
Sensore di prossimità ad effetto Hall
Sensore di prossimità capacitivo
Sensore di prossimità capacitivo
Sensore di prossimità capacitivo
Impiego sensore di prossimità
Sensori
• Sensori di contatto
• Sensori di forza
• Sensori di prossimità
• Sensori di distanza
• Sistemi di visione
Sensore a ultrasuoni
Sensore laser a triangolazione
Sensore laser a triangolazione
Utensile per saldatura all’arco elettrico
Sensore laser a slittamento di fase
Sensori
• Sensori di contatto
• Sensori di forza
• Sensori di prossimità
• Sensori di distanza
• Sistemi di visione
Sistema di visione
Sistema di visione
Gripper
Acquisizione
immagine
Memoria
di quadro
Sistema di
illuminazione
Elaborazione
immagine
Telecamera
Pezzo
Analisi
immagine
UG robot
Telecamera CCD
Sistemi di illuminazione
• con luce diffusa
• con luce diretta
• in controluce
• con luce strutturata
• con luce radente
Illuminazione con luce diffusa
Illuminazione con luce diretta
4-sector optical fiber
Toroidal mirror
Parabolic mirror
Camera
lens
Z movement
Part
Part
Illuminazione in controluce
Illuminazione con luce strutturata
Illuminazione con luce radente
Conversione A/D
Memoria di quadro
220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220
220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220
220 220 220 220 220 220 220 122 63
65 188 220 220 220
220 220 220 220 220 220 220 22
4
111 89 220 220 220
220 220 220 220 220 220 103 28
5
10
220 220 220 199 101 43 150 203 55
220 220 220 55
98 220 220 220
56 190 220 220 220
53 220 220 220 220 220 220 220 220 220
220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220
220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220
Memoria di quadro
A/D
Windowing
220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220
220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220
220 220 220 220 220 220 220 122 63
65 188 220 220 220
220 220 220 220 220 220 220 22
4
111 89 220 220 220
220 220 220 220 220 220 103 28
5
10
220 220 220 199 101 43 150 203 55
220 220 220 55
98 220 220 220
56 190 220 220 220
53 220 220 220 220 220 220 220 220 220
220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220
220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220
Binarizzazione
Filtraggio
220
w1 220
w12 220
w23 220
w3 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220
220
w4 220
w45 220
w56 220
w6 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220
220
w7 220
w78 220
w89 220
w9 220 220 220 122 63
65 188 220 220 220
220 220 220 220 220 220 220 22
4
111 89 220 220 220
220 220 220 220 220 220 103 28
5
10
220 220 220 199 101 43 150 203 55
220 220 220 55
98 220 220 220
56 190 220 220 220
53 220 220 220 220 220 220 220 220 220
220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220
220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220
Filtraggio
Feature detection
•
Area
•
Perimetro
•
Diametro
•
Centro di gravità
•
Snellezza
•
Numero di fori
•
Livello di grigio (massimo, medio o minimo)
•
Minimo rettangolo circoscritto
Edge detection
Sistema di monitoraggio
dello stato dell’utensile (TCM)
Cosa ? usura, integrità.
Perché ? elemento più debole del sistema
macchina-utensile-pezzo
Scopo:
1. monitorare il processo di taglio e lo stato
dell’utensile (usura, integrità)
2. permettere una produzione unmanned
3. ottimizzare l’utilizzo delle risorse
Sistema di monitoraggio
dello stato dell’utensile (TCM)
Classificazione dei sistemi TCM
• Sistemi indiretti (in-process)
• Sistemi integrati a bordo macchina
• Sistemi integrati nel corpo utensile
• Sistemi diretti (out-of-process)
Sistemi indiretti - Step 1: misura
Esempio di misura a bordo macchina
Esempio di misura a bordo utensile
Sistemi indiretti - Step 2: elaborazione
Sistemi indiretti - Step 2: elaborazione
Sistemi indiretti - Step 3: decisione
limiti
rottura
Sistemi indiretti - Step 3: decisione
pattern recognition
filettatura
incompleta
Classificazione dei sistemi TCM
• Sistemi indiretti (in-process)
• Sistemi integrati a bordo macchina
• Sistemi integrati nel corpo utensile
• Sistemi diretti (out-of-process)
Sistemi diretti – Integrità utensile
Sistemi diretti – Usura utensile