AlgaeBarn қақпақтарды таңбалауды машиналық көрудің ішкі жүйесі арқылы қалай автоматтандырды

AlgaeBarn компаниясында, копеподтар мен фитопланктон сияқты тірі аквамәдениет өнімдерін өндіретін Колорадо өндірушісінде, тоғыз өнім желісінің әрқайсысына жеке бөтелке қақпағының жапсырмасы қажет. Бірнеше жыл бойы бұл мерзімді «жапсырма кештерін» өткізуді білдірді: компанияның әр түкпірінен жиналған қызметкерлер бір-екі сағат бойы жапсырмаларды аршып, оларды қолмен жапсыратын. Бұл басқосулар көңілді өтетін, бірақ операторларды, техниктерді және инженерлерді негізгі жұмыстарынан алаңдататын. Ал таңбаланған қақпақ қоры күтпеген жерден таусылса, өндірісті тоқтатып, тағы да жапсырма жасауға тура келетін.

AlgaeBarn компаниясының ішкі таңбалау ұяшығы: жапсырма орамы, алюминий жақтау және жарамды/жарамсыз қақпақтарды үстел үстінде санайтын көру жүйесі.

Робототехника және автоматтандыру инженері Akash Chinthamanipeta қайталанатын жұмысты сатып алу мәселесі емес, өндіріс алаңының мәселесі ретінде қарастырды. Мақсат — әр қақпақты бағыттап, жапсырманы жапсырып, оның орналасуын тексеріп, қабылданған және қабылданбаған бөлшектерді үздіксіз бақылаусыз сұрыптайтын автономды ұяшық жасау болды. Бұл ретте жабдық құны мен процесті басқару өндіріс орнында қалуы тиіс еді.

Неліктен сатып алмай, өздері жасады

Коммерциялық таңбалау машиналары екі мәселе туғызды: капиталдық шығын және жабық логика. Көптеген машиналар бастапқы баптау дұрыс болса, жапсырманың орналасуы да дұрыс болып қала береді деп есептейді. Үздіксіз жұмыс істейтін желіде бірнеше жүз циклден кейін жапсырма орамының немесе төсемінің жылжуы ажырату нүктесін өзгертіп, келесі жапсырманың қате орналасуына әкелуі мүмкін. AlgaeBarn өндіріс барысында ұяшықты жетілдіре алу үшін машина логикасын өңдеуге болатын болғанын қалады. Механикалық бөлшектердің көпшілігі SOLIDWORKS бағдарламасында жобаланды; тікелей жабдық құны 1 000 доллардан төмен болды. Ішкі әзірлеме әр қақпақты бастапқы механикалық баптауға ғана сенбей, тексеруге мүмкіндік берді.

Бос қақпақтан тексерілген бөлшекке дейін

Оператор бос қақпақтарды бергіш элеваторға салады. Датчик беру жолын бақылап, элеваторды тек қосымша қақпақ қажет болғанда іске қосады. Беру жолының пассивті құрылымы қақпақтарды өзі бағыттайды: дұрыс орналасқан қақпақтар таңбалау станциясына өтеді, ал төңкеріліп қалғандары бөлек белсенді бағыттағышты қажет етпей, қайтадан жәшікке түседі.

Науа бір уақытта бір қақпақты ұсынады. KEYENCE лазері қақпақтың бар екенін растайды; контроллер бөлшекті орнына қою үшін пневматикалық цилиндрді іске қосады, ал рид-ажыратқыштар жүрістің соңына жеткенін растамайынша, реттілік жалғаспайды. Редукторлы қадамдық қозғалтқыш жапсырма орамын ажырату жиегі арқылы жылжытып, жапсырманы төсемінен ажыратады. Вакуум көмегі бар пневматикалық аппликатор жапсырманы ұстап, оны қақпаққа басады; бұл әрекет те рид-ажыратқышпен расталады.

Raspberry Pi санатындағы камера түйінінде орындалатын OpenCV тексеруі қабылдау/қабылдамау бойынша сұрыптауға дейін жапсырманың орналасуын жиектер негізінде тексереді.

Одан кейін контроллер Raspberry Pi камера түйініне MQTT хабарламасын жібереді. Арнайы OpenCV процедурасы кескін түсіріп, анықталған қақпақ пен жапсырма жиектерінің арасындағы аралықты өлшейді және орналасудың қатаң рұқсат етілген шекке сай екенін тексереді. Нәтиже контроллерге қайтарылады, ал сорғышты робот бөлшекті қабылданған немесе қабылданбаған өнім жәшігіне орналастырады.

Жай ғана миллиметр болмаған бір миллиметр

Ең қиын мәселе жапсырма орамын қайталанымды түрде дәл бір қалыпта тоқтату болды. Алғашқы жетегі тоқтату пәрменін орындағанымен, қалдық энергия мен инерция әсерінен қозғалысын жалғастыратын. Кейде артық жүріс бір дюймге жуық болып, келесі жапсырманың орналасуын бұзатын. Редукторлы NEMA 24 қадамдық қозғалтқышқа негізделген қайта жобалау контроллерге әр жапсырма үшін бекітілген қадам санын беріп, қозғалтқышты таза тоқтатуға мүмкіндік берді. Қаптама ұяшықтары үшін өндіріс алаңындағы сабақ таныс: сағатына жүздеген цикл кезінде қайталанатын миллиметрдің оннан бірінен аз қателердің өзі жарамсыз өнімге айналады.

Ең жоғары жылдамдықтан бұрын дәлдік

Дайын ұяшық сағатына шамамен 450 қақпақ өңдейді — бұл AlgaeBarn сұранысын қанағаттандыруға жеткілікті. Өнімділік бақылаусыз сападан кейін тұрды. Оператор қақпақтарды салып, машинаны іске қосады да, басқа жұмысына оралады. Беру қорының таусылуы немесе басқа ақаулар ұяшықты тоқтатып, белгі береді; осылайша сапасы белгісіз өнім шығарылмайды. 100 қақпақтан тұратын сынақта 98 бөлшек орналасу талабына сай болды, ал екеуі әдейі консервативті белгіленген шектерден аз ғана ауытқуына байланысты қабылданбады.

Жоба басқа автоматтандыру жұмыстарымен қатар шамамен төрт айға созылды. Ол қайталанатын жапсырма кештерін тоқтатты — кейбір операторлар әңгімелесуге бөлінетін уақытты сағынғандарын әзілдеп айтқанымен — және еңбек шығыны мен өндірістің үзіліп қалмауы есебінен жылына шамамен 40 000–50 000 доллар үнемдейді деп күтілуде. Шағын өндірушілер үшін негізгі сабақ — нақты өндірістік қажеттіліктен бастау, уақыт пен бюджетті алынатын құндылыққа сай жоспарлау және каталогтағы ең жылдам машинадан гөрі сенімді кері байланыс пен қайталанымды сапаны таңдаған жөн. Кейін зауыттар осы ұяшықты кеңейткенде, соған байланысты қаптама және басқару шешімдері көбіне PLC және PAC жүйелерімен және Honeywell сияқты аспаптандыру өндірушілерінің сенсорлық тізбектерімен бірге қолданылады.