Sistema para Prueba de Fugas en Envases Plásticos basado en Microcontrolador y PC

Sistema para Prueba de Fugas en Envases Plásticos basado en Microcontrolador y PC

Auriber M. Verde R. y Carlos I. Lameda M.

UNEXPO, Barquisimeto, Venezuela

 

A través del presente proyecto se diseñó un sistema capaz de detectar fugas en envases plásticos con el fin de evitar que lleguen envases defectuosos en el proceso de manufactura.

Los sistemas de detección de fugas en envases plásticos determinan si un envase es lo suficientemente hermético al someterlo a una prueba de presión, en el cual el envase es sometido a una presión específica, que va a depender del material del envase y su volumen, dicha presión se está monitoreando para verificar si se ha producido un decaimiento en ella después de un tiempo determinado. En caso afirmativo se podría decir que el envase no es lo suficiente hermético para el proceso.

La investigación se delimita a desarrollar un sistema automatizado de detección de fugas en botellas plásticas (0.5 L) con control de banda transportadora que proporcione un equipo dispuesto a garantizar el control de salida de un envase plástico con excelencia de calidad a cualquier industria dedicada a este tipo de producción. El proyecto a su vez permite la supervisión de los envases plásticos aprobados y rechazados, un ajuste de parámetros y una base de datos para llevar un registro mediante la implementación de una interfaz gráfica esto contribuye a que la  interacción del usuario con el sistema sea de una forma más fácil.

La realización de un sistema automatizado basado en microcontrolador permite la reducción de la cantidad de espacio del diseño del prototipo y la reducción de costos.

Método de decaimiento de presión:

Este método es utilizado para la realización de pruebas de  escape secas en envases, lo cual consiste en presurizar el envase hasta una presión umbral suspendiendo el suministro de aire en ese instante, y luego obtener un par de lecturas a través de un transductor de presión en instantes de tiempo diferentes. De acuerdo con los valores de presión obtenidos puede inferir el grado de hermeticidad del objeto.

Figura 1. Diagrama de pruebas de hermeticidad.

 

 

 

 

En la figura anterior se puede observar lo siguiente:

  • Durante la etapa de presurización la pendiente de la curva es positiva grande cuando el objeto es hermético, mientras que es menos inclinada cuando el objeto no es hermético.
  • Durante la etapa de mantenimiento la pendiente de la curva es prácticamente cero cuando el objeto es hermético, y negativa más inclinada cuando no es hermético.

 

Diseño de sistema basado en microcontrolador para la detección de fugas en envases plásticos.

El equipo o instrumento es un sistema neumático-Electrónico, cuya función principal es la detección de fugas en envases plásticos, el sistema puede considerarse como un conjunto de elementos de software y hardware que permiten establecer el grado de hermeticidad en recipientes plásticos (500ml).

En esta etapa se logra la elaboración del diseño electrónico y neumático donde se aplicaron técnicas de diseño y estudio general de todos aquellos dispositivos que serán empleados en la realización del hardware del proyecto, luego se construyeron los circuitos en las placas para la revisión y diseño comenzando con el sistema mínimo; paralelamente se realizó el diagrama de flujo de datos para facilitar la ejecución del programa.

Se procedió a la búsqueda de un dispositivo capaz de controlar todos los procesos que sean necesarios realizarse en el desarrollo del proyecto, por esto se seleccionó el microcontrolador PIC18F4553, lo cual cumple con las características de bajo consumo de energía y una larga vida útil, además cuenta con un convertido analógico digital incorporado de 12 bits que permite obtener un mayor rango de números de muestras en cada medición, esto genera como ventaja una precisión analógica, el cual es necesaria a la hora de medir la Presión interna del envase a probar.

Una vez realizada la selección del microcontrolador a implementar se procedió a la elaboración del diseño correspondiente de todos los módulos que deben interactuar en conjunto con otros dispositivos seleccionados para obtener el propósito de su estudio y construcción. La figura 2 muestra un diagrama de bloques del sistema de detección de Fugas.

 

Figura 2: Diagrama de bloques del sistema de detección de Fugas.

 

 

 

 

 

 

El microcontrolador adquiere los datos por medio del módulo ADC (12bits) incorporado en el mismo, procediendo a generar las señales de mando para activar los elemento finales de control (señal digital “1”), en nuestro caso  electroválvulas, motor, etc. (actuadores del sistema Neumático-electrónico).  El Conversor analógico digital del PIC18F4553, mide señales analógicas en forma digital, para ello el PIC cuenta con pines por donde le llegará la señal analógica.

 

Figura 3. Microcontrolador PIC18F4553 y circuitería elemental.

Software de Control

Este es el que contiene las instrucciones de control que ejecuta el microcontrolador, para el mismo se utilizó un software de alto nivel propio del microcontrolador PIC18F4553. Es el software encargado de administrar los recursos del microcontrolador y todo el hardware que esté bajo su control. A través del software de control, el microcontrolador realiza funciones como la recepción de las señales externas tanto analógicas como digitales, el monitoreo de todas las entradas, recepción y transmisión de datos al PC.

Software de alto nivel con interfaz gráfica de supervisión, ajuste de parámetros y capacidad para manejar una base de datos.

El sistema cuenta con un software de alto nivel diseñado para funcionar bajo ambiente Windows, debido a que es el sistema operativo más utilizado por las personas hoy día. Las aplicaciones bajo Windows tienen generalmente una interfaz de usuario consistente e interactiva, es decir, el usuario dispone de más tiempo para dominar la aplicación sin tener que preocuparse de que teclas deben presionarse dentro de los submenús y cuadro de diálogos. En una aplicación bajo Windows, solo necesita hacer clic en el icono que señala el cursor del ratón para ejecutar cualquier acción.

El programa fue desarrollado en MATLAB (Matrix Laboratory, «laboratorio de matrices»), que es una herramienta de software matemático que ofrece un entorno de desarrollo integrado (IDE) con un lenguaje de programación propio (lenguaje M). Este es un lenguaje de programación de altas prestaciones que integra la potencia de cálculo, la visualización de resultados y la sencillez de programación en un entorno de trabajo agradable.

En la Figura 4 se observa la pantalla principal del sistema desarrollado con la Herramienta Guide de Matlab.


 

Figura 4. Pantalla Principal

Construcción de prototipo a escala del sistema de detección de fugas en envases plásticos con control de banda transportadora.

 

Posteriormente de haber culminado satisfactoriamente la fase de diseño, se procedió a dar inicio al proceso de construcción del prototipo a escala, el cual comprende de la elaboración del Sistema Neumático, el diseño y fabricación del circuito impreso (Sistema Electrónico).

El sistema es sencillo y fácil de manipular, requiere la utilización de un Computador con sistema operativo Windows 7, y realiza manipulación, visualización de los datos y respuestas a través de un computador personal (PC, –personal computer-), lo que permite que sea amigable con el usuario.

Figura 5. Sistema de detector de Envases Plásticos

   

Figura 6. Resultados visualizados en la interfaz Gráfica

Conclusiones y Recomendaciones

Conclusiones

Se elaboró un modelo matemático que representa el procedimiento de detección de fugas en las botellas plásticas. Se Diseñó un sistema basado en microcontrolador que permite detectar las fugas en envases plásticos. Se Diseñó un sistema basado en microcontrolador que permite un control on/off (encendido/apagado) de la banda transportadora y un sistema eyector de botellas. Se diseñó un sistema de comunicación bidireccional entre el microcontrolador y la PC. Se realizó la construcción del sistema de alimentación y generador de voltajes de programación. Se Desarrolló para el usuario un software de alto nivel con interfaz gráfica de supervisión, ajuste de parámetros y capacidad para manejar una base de datos que permite llevar un registro y control por fecha de las pruebas realizadas, así como del número de botellas aceptadas y rechazadas. Se Construyó un prototipo a escala del sistema de detección de fugas en envases plásticos con control de banda transportadora. Se Comprobó el funcionamiento del sistema por medio de pruebas con el prototipo.

Recomendaciones

Como una forma de ampliar aún más los beneficios que ofrece este trabajo de grado, es necesario considerar aumentar el número de envases a probar en un mismo instante de tiempo, y si se requiere mayor velocidad y precisión en la respuesta del sistema, se puede lograr aumentando la presión de fluido en la válvula reguladora y empleando un sensor de posición con mayor alcance y rapidez de respuesta a la hora de detectar un envase plástico.

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