Arduino en la industria

Arduino en la industria

Enviado por pabloxid en Artículos técnicos, etc. el día 12 18th, 2012 | no hay respuestas

En más de una ocasión me han preguntado, con mayor o menor delicadeza, si, además de para jugar y hacerse el artista, el Arduino podía servir para algo serio, como ser una aplicación industrial, algo profesional, etc., algo “de verdá”. Naturalmente, la respuesta es afirmativa, pero antes que entrar en la justificación teórica de tal aserto, me gustaría mostrarles un hermoso proyecto que me tocó desarrollar, con una aplicación concreta en la industria lanera.

Mi socio trabaja en una lanera en la ciudad de Florida, en la que venían teniendo problemas con unregularímetro. El regularímetro –me enteré oportunamente– es un instrumento de laboratorio usado en la industria textil, dentro de lo que son los controles de calidad de hilos y fibras, más concretamente, para analizar las variaciones de masa de éstos, de acuerdo a unos índices de regularidad estándar. Es un aparato bastante vital, y obviamente muy caro.

El equipo que tenían allí les estaba dando algunos dolores de cabeza, y entonces los técnicos del establecimiento tuvieron una interesante idea: “hackear” el aparato, aprovechar el sistema de transporte y el sensor, y sustituir únicamente la “computadora” que procesa los datos. Veámoslo más claramente en el siguiente esquema:

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Esquema básico de la aplicación, en su forma más simple.

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Como vemos, hay un sistema de transporte movido por un motor, que se encarga de hacer pasar el hilo –en nuestro caso, una mecha de lana– por adentro de un sensor capacitivo, y una computadora que recoge los datos, los procesa y muestra los resultados en una pantalla. Algo conceptualmente sencillo, pero que, tratándose de un equipo aplicado a la industria, debe cumplir ciertas exigencias y garantizar un funcionamiento “a prueba de balas”. Tiene que ser sólido, no puede fallar, no puede mentir.

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Primera versión

En la primera versión, el sistema de captura y procesamiento era independiente del sistema de transporte, exactamente como aparece en la figura. Dentro del Arduino se ejecuta un programa muy simple, que muestrea la entrada analógica a una frecuencia de 83,3Hz y envía cada lectura –de 10 bits– a través de Serial/USB hacia una PC. En la PC, una aplicación hecha en Java toma esos valores y los guarda en la memoria, para luego calcular con ellos el promedio, el coeficiente de variación(C.V.) y el valor “Uster” (U). Este último no es más que otra manera de medir la irregularidad, muy usada en la industria textil.

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Fragmento del instructivo que recibí para calcular el C.V.

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Dentro de la aplicación Java, una sub-ventana de Processing muestra la gráfica de masa en función de distancia, y permite interactuar con ella (achicarla, agrandarla, inspeccionar el valor de cada muestra, cambiar el rango de muestras, etc.). Finalmente, gracias a las bibliotecas de Processing, es posible también exportar la ventana en formato gráfico, o exportar los valores en un archivo binarioo de texto.

El programa implementa, además, dos rutinas de calibración que este sistema necesita: “ajuste del 0” que se efectúa midiendo la entrada con la pinza vacía (la “pinza” es el sensor capacitivo) e “ingresar peso real” que permite ajustar los valores mostrados en la gráfica a la realidad (elcoeficiente de variación y el valor “U” son, de cualquier manera, independientes del peso absoluto de la mecha).

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Captura de la ventana principal de la aplicación Java

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Algunos detalles técnicos

• El sistema de transporte y el sensor capacitivo son los originales, de la máquina Uster Tester 3. Gracias a esto nos ahorramos buena parte del trabajo, justamente la parte delicada del mismo.

• La frecuencia de muestreo de 83,3Hz está en sincronía con la velocidad del motor, de modo que el sistema efectúa, en teoría, exactamente 1 muestra por centímetro de mecha. El total de muestras que se procesan es 12.500, o sea 125 metros de mecha.

• Entre la pinza Uster y el Arduino, existe un preamplificador hecho con amplificadores operacionales, que acondiciona la señal del sensor a la escala de 0-5V. Su diseño estuvo íntegramente a cargo de los técnicos de la lanera.

• Asimismo, es de suma importancia el filtro pasa-bajo que actúa en el dominio analógico, cortando más o menos a 40Hz, para evitar que se produzca aliasing en el muestreo. Su diseño también estuvo a cargo de la gente de la lanera, concretamente su técnico, Gabriel.

• Para desarrollar la aplicación, usé una técnica que ya había empleado en otros casos: creé un interfaz gráfico con NetBeans y luego exporté el código y seguí programando en Eclipse. La parte de la gráfica la hice con Processing, usándolo como una clase más de Java, aprovechando la enorme facilidad que brinda este entorno (originalmente pensado para artistas).

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Aspecto del regularímetro Uster Tester 3

Diagrama de masa del UT3

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Segunda versión

La primera versión estuvo pronta en marzo de 2012.

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