El papel de la visión en la dosificación robotizada de fluidos

Los sistemas guiados por visión son la clave para racionalizar la dosificación robotizada de fluidos, ya que permiten colocar precisamente los depósitos, lo cual redunda en ciclos de producción más rápidos, y permiten eliminar las conjeturas para proceso de dosificación, lo que minimiza el tiempo de programación y reduce los costes operativos generales.

Son muchos los factores que los fabricantes tienen en cuenta a la hora de decidir en qué equipo invertir para las operaciones de dosificación de fluidos.  Es fundamental poder depositar cantidades muy pequeñas y precisas de fluidos, como adhesivos y siliconas, en elementos como los de la microelectrónica diminuta y otras piezas minúsculas.  Estas minúsculas cantidades de fluido deben dosificarse de forma fiable y precisa en cuanto a dosis y colocación.  La posición precisa y la cantidad de estos fluidos depositados en el sustrato son vitales para el montaje, la función, la calidad, el aspecto y la viabilidad de esos productos.  Además de mantener unos estándares de dosificación precisa, el método de dosificación de fluidos también debe cumplir los requisitos de volumen de producción, seguridad de los trabajadores y eficiencia de costes.

Dosificación robotizada de fluidos

Muchas aplicaciones de dosificación de fluidos utilizan robots para lograr estos objetivos.  Los robots ofrecen una automatización flexible para procesos críticos y mantienen iguales deposiciones de fluidos con extrema precisión, una y otra vez. Esta repetibilidad precisa optimiza el uso de los fluidos y permite reducir desperdicios y costes de producción.  El software del robot ajusta automáticamente la posición del material dosificado para adaptarse a curvas o contornos complejos, o a pequeños errores de posicionamiento de la pieza en el nido o el soporte de fijación, que de otro modo serían difíciles de conseguir con métodos no robóticos.

El control de la deposición de fluidos mediante el reconocimiento visual de patrones y sustratos garantiza que el depósito se realice en la ubicación correcta con tolerancias posicionales de hasta +/- 3 micras. Es posible gestionar con precisión los diferentes materiales que se van a dosificar, como adhesivos, grasas, epoxis, siliconas y selladores. 

El software de dosificación robótica también permite importar archivos DXF de AutoCAD, por lo que el fabricante puede programar patrones de dosificación de fluidos en su software CAD preferido y, a continuación, importar sin problemas su archivo DXF a la plataforma automatizada de dosificación.

Dosificación guiada por la visión

La dosificación robotizada de fluidos es fundamental para aquellas aplicaciones que requieren una precisión extrema y repetible de la colocación de los depósitos de fluidos, unos patrones de dosificación complejos y/o una alta productividad. 

Para conseguir este resultado es fundamental el sistema de guía del robot mediante la visión. La visión proporciona flexibilidad al robot al permitir una colocación exacta de los depósitos.

Son más de veinte años que se utiliza la visión en aplicaciones de dosificación de fluidos y está conquistando una siempre mayor importancia a medida que los robots, y su software de control, se vuelven más inteligentes. Permite que estos sistemas robotizados de dosificación de fluidos realicen ciclos de producción más rápidos y elimina las conjeturas del proceso de dosificación, lo que minimiza el tiempo de programación y reduce los costes operativos generales.

Método de aprendizaje punto por punto

La forma más importante de programación de la automatización de la dosificación se realiza con un terminal de aprendizaje y colocando a ojo la punta de dosificación sobre el sustrato en que se va a dosificar.

Básicamente, el método de aprendizaje punto por punto se ejecuta manualmente. El operador mueve la punta sobre el punto en el sustrato donde se desea realizar la dosificación.  Una vez determinada la ubicación en el sustrato y las coordenadas de los ejes X-Y-Z, los datos se guardan en el software de control.  Este proceso se repite para todas las ubicaciones en el sustrato donde se prevé depositar.  El robot se desplazará cada vez exactamente a estas ubicaciones y dosificará el fluido según lo dictado por el software de dosificación de fluidos.

Se pueden programar un gran número de patrones de dosificación con el método del terminal de aprendizaje punto por punto.  Pero la cantidad de patrones que se deben dosificar constituye un criterio de límite, aunque sólo sea por la cantidad de tiempo que llevaría programar.  Además, cuando se trata de una dosificación más complicada, aumenta la necesidad de disponer de una capacidad de compensación. Esto significa la capacidad de ver una ubicación en el sustrato antes de que se realice la dosificación, y compensar el programa si hay algún cambio en el sustrato.  Aquí es donde los sistemas de visión serían más adecuados para la aplicación.

Visión simple y visión con CCD

Cuando hablamos de sistemas de visión para la dosificación robotizada de fluidos, se puede tratar de simples cámaras de tipo lápiz hasta de sofisticados sistemas de visión equipados con CCD.  La diferencia está en la resolución, es decir cuántos píxeles tiene el sensor de la cámara, y en la velocidad de obturación de la cámara.

Para la mayoría de las aplicaciones de dosificación robotizada, es suficiente el sistema de cámara de tipo lápiz de visión simple. Pero si se necesitan fotos muy rápidas y de alta resolución de las partes del sustrato, es mejor disponer de una cámara CCD.

Ambas cámaras funcionan tomando una foto de una parte en el sustrato, y luego aplicando la necesaria compensación ajustando el programa de dosificación para que la ubicación y la forma de la trayectoria coincida con la ubicación y la forma de la pieza.  Más específicamente, la cámara verifica la ubicación de una pieza identificando un borde distintivo de la pieza que se puede referenciar.  Ese punto de referencia permitirá al software de dosificación compensar la dosificación de fluidos si ese punto cambia de ubicación, como por ejemplo si el sustrato se desplaza ligeramente cuando se posiciona en el robot, y le permite aplicar esa compensación al lugar donde debe colocarse efectivamente la dosificación en el sustrato.

Tanto las cámaras de tipo lápiz como las cámaras con CCD convierten los píxeles de la imagen de la cámara analógica en valores digitales con vistas a una gestión extremadamente precisa de las imágenes. Algunos sistemas de cámaras de tipo lápiz relativamente baratos, combinados con un software de dosificación especializado, como los que ofrece Nordson EFD en su Robot de Dosificación Automatizada de Fluidos de la Serie EV de 3 Ejes, permiten incluso a los usuarios noveles programar patrones y matrices complejos de dosificación con una alta repetibilidad de hasta +/- 8 µm (0,008 mm).

Comparativamente, las cámaras con CCD capturan imágenes de mayor definición, como la que ofrece Nordson EFD en su Robot de Dosificación Automatizada de Fluidos de la Serie PRO de 3 Ejes, que captura imágenes detalladas de las piezas de los componentes, en que el realce de las sombras permite identificar visualmente y procesar marcas incluso apenas visibles, con mínimas interrupciones del ciclo de dosificación.  Su obturador captura rápidamente imágenes de alto contraste de la pieza, eliminando la borrosidad y las pequeñas distorsiones que surgen con los sistemas con obturador rotatorio. Cuando se combina con un software de dosificación intuitivo y un sistema de control de movimiento de bucle cerrado, la cámara con CCD permite a la serie PRO alcanzar la mejor repetibilidad de su categoría con +/- 3 µm (0,003 mm).

La Serie PRO también permite añadir una detección de altura por láser.  La detección de altura por láser permite mapear la topografía del sustrato y transmitir esas mediciones al robot para que éste pueda compensar automáticamente los valores del eje Z y mantener el espacio de dosificación correcto sobre el sustrato.  El proceso es efectuado en tiempo real para cada pieza que se realiza utilizando esta función, lo que garantiza resultados de dosificación de alta calidad, incluso con sustratos deformados o retorcidos.

Estas cámaras CCD de visión inteligente totalmente integradas para la dosificación robotizada de fluidos proporcionan un verdadero control de movimiento tridimensional.  Los robots disponen de tres tipos de feedback cuando se instalan el CCD, el dispositivo de detección de puntas y el sensor de altura por láser, sensor de altura láser óptico, de contacto y sin contacto, lo que permite programar fácilmente puntos, líneas, círculos, arcos, arcos compuestos y patrones complejos.  El dispositivo de detección de puntas modifica las compensaciones del programa si cambia una punta en la jeringa o la válvula.

Software avanzado de dosificación guiada por visión

Es el avanzado software guiado por la visión que permite explotar la capacidad de visión ultraprecisa y de alta velocidad, tanto simple como con CCD, presente en los sistemas robotizados de dosificación de fluidos de última generación.  Este tipo de programas informáticos, como el DispenseMotion™ de Nordson EFD, permiten aprovechar todas las capacidades de la dosificación de fluidos guiada por visión que estos sistemas robotizados nos ofrecen.

Uno de los aspectos más distintivos de la funcionalidad integrada de este software es su precisión en el control y la gestión de la compensación crítica, mediante la cual se compara la ubicación actual de la pieza con que se trabaja con una ubicación de referencia que se almacena como un archivo de imagen dentro del programa. Si el robot detecta una diferencia en las posiciones X e Y y/o en el ángulo de rotación de la pieza con que se trabaja, el software ajusta automáticamente la trayectoria de dosificación para compensar la diferencia.

La función de compensación recibe continuamente datos del proceso para garantizar que la dosificación se realice con un control preciso.

La simplicidad y la facilidad de uso siempre son importantes para los operadores de sistemas, así que además de las capacidades avanzadas de dosificación que el software ofrece, su interfaz intuitiva simplifica la configuración y facilita la programación con una vista previa en pantalla de la trayectoria de dosificación.  Son igualmente sencillas las tareas de importación y conversión de archivos DXF. Recientemente, se ha añadido a DispenseMotion un Asistente de Configuración Inicial del Robot que facilita aún más el uso de los robots de dosificación al guiar visualmente a los operadores a través de cada paso del proceso de configuración, incluyendo la calibración y el ajuste de las compensaciones de la forma más sencilla posible. 

La dosificación robotizada de fluidos simplificada

Estos sistemas robotizados de dosificación de fluidos de última generación, de los cuales buenos ejemplos son los modelos de las series GV, RV, EV y PRO de Nordson EFD para aplicaciones de 3 y 4 ejes, con su software avanzado y su capacidad guiada por visión, aportan repetibilidad y precisión a los sistemas automatizados de dosificación y a las operaciones de montaje.  Ideales para puntos, líneas, embebido, represamiento, llenado, bajo nivel de relleno, encapsulamiento, sellado, recubrimiento y jetting, utilizando tanto jeringas como válvulas, para una amplia gama de aplicaciones, desde la dosificación en línea hasta la dosificación por lotes, ofrecen sofisticadas capacidades de dosificación  de fluidos, una colocación más precisa y una mayor uniformidad, sin dejar de ser simples e intuitivos de programar.

Esta integración de robots con software de dosificación y visión avanzados ofrece considerables beneficios para los fabricantes, incluyendo una mayor capacidad de producción, reducción del tiempo de fabricación, precisión constante sobre superficies rugosas e irregulares, mejor calidad del producto y la capacidad de aceptar proyectos más complejos que requieren una dosificación y colocación de fluidos muy precisa.

Johnathan Titone, 

Especialista de Línea de Producto-Automatización 

Nordson EFD

págs. 51 a 53.