Konenäköjärjestelmään perustuvan leipomolaatikoiden tarkastus- ja poistomanipulaattorin suunnittelu ja toteuttaminen

Abstract

Tämän opinnäytetyön toimeksiantajana oli kuopiolainen sähkö- ja automaatioalan yritys CMe Solutions Oy ja loppuasiakkaana oli Suomessa ja Baltian maissa toimiva leipomoalan yritys Vaasan Oy. Työn tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa automaattinen leipomolaatikoiden tarkastusjärjestelmä, jonka tehtävänä on löytää kuljettimella siirrettävistä laatikoista rikkinäiset ja poistaa ne kierrosta. Vialliset laatikot aiheuttavat turvallisuusriskejä sekä monenlaisia ongelmia tuotannossa ja kuljetuksessa, ja niiden tarkastaminen käsin on vaikeaa ja tehotonta.

Laatikoiden tarkastusjärjestelmä koostuu laatikkosiirtorataan sijoitettavasta tarkastusmanipulaattorissa ja automaatio-ohjauskeskuksesta. Manipulaattorin sisällä laatikot erotetaan toisistaan, mitataan Omron FQ2 -konenäkökameroilla ja, jos laatikko on todettu rikkinäiseksi, se poistetaan radalta. Mekaaniset toimenpiteet, kuten laatikon venyttäminen vikojen korostamiseksi ja poistaminen radalta, suoritetaan käyttämällä tarkkaa ja nopeaa Omron R88M-G40030H -servomoottoria. Ohjauskeskuksesta löytyy järjestelmää ohjaava Omron CP1L -ohjelmoittava logiikka, kosketusnäyttö, jossa on käyttöliittymä manipulaattorin ohjaukseen ja valvontaan, servomoottoria ohjaava Omron R88D-GT04H -servokäyttö sekä muut tarvittavat sähkökomponentit.

Työ aloitettiin automaatio-ohjauskeskuksen sähkösuunnittelusta, sitten kirjoitettiin logiikan ohjelma ja ohjelmoitiin käyttöliittymä. Kun manipulaattori, automaatio-ohjauskeskus ja logiikan ohjelma oli valmiit, voitiin aloittaa konenäkökameroiden ohjelmointia. Viimeisenä vaiheena oli manipulaattorin testaukset ja käyttöönotto asiakkaalla.

Työn lopputuloksena saatiin asiakkaan kohteeseen asennettu ja käyttöönotettu laatikoiden tarkastus- ja poistojärjestelmä. Koska asiakkaalla on käytössä erityyppisiä laatikkoja, jotka eroavat toisistaan muodoltaan, väriltään ja kooltaan, konenäköjärjestelmän ohjelmoinnissa oli paljon hankaluuksia ja käyttöönotto kesti yli suunnitellun ajan.

The idea of the this thesis was provided by the company CMe Solutions Oy operating in the fields of electric planning and automation in Kuopio, while the end client of the project was a bakery company Vaasan Oy operating in Finland and the Baltic states. The objective of the thesis was to plan and create an automated system for inspecting baking boxes which had to find defective boxes among the ones moving on the conveyor and remove them from the cycle. The defective boxes pose risks for safety as well as numerous problems in production and transportation, and their manual inspection is difficult and ineffective.

The box inspection system consists of an inspection manipulator placed on the conveyor with the boxes and an auto-mation control cabinet. The boxes put into the manipulator are separated from each other and measured with Omron FQ2 machine vision cameras; if the box is considered faulty, it is removed from the conveyor. Mechanical actions, such as stretching the box to identify the defects and removing it from the conveyor, are performed with an accurate and fast Omron R88M-G40030H servo motor. The control cabinet contains a programmable logic controller Omron CP1L, which control the system, a touch screen with the interface for controlling and supervising the manipulator, an Omron R88D-GT04H servo drive for controlling the servomotor, and other required electronic components.

The work started from engineering the automation control cabinet; after that, the program for the logic controller was written, and the user interface was created. When the manipulator, the automated signal box, and the program for the logic controller were ready, it was possible to start programming the machine vision cameras. The last step involved testing the manipulator and delivering the system to the client for exploitation.

The result of the project was the system for inspection and removal installed and prepared for exploitation at the client’s premises. Since the client utilized various types of boxes, which had a different shape, color, and size, a great deal of difficulties were faced when programming the vision cameras, and the exploitation started later than initially planned.