RENK VE BARKOD ALGILAYICILI BĐR ESNEK ÜRETĐM DENEY SETĐNĐN GELĐŞTĐRĐLMESĐ

Transkript

1 RENK VE BARKOD ALGILAYICILI BĐR ESNEK ÜRETĐM DENEY SETĐNĐN GELĐŞTĐRĐLMESĐ DEVELOPMENT OF A FLEXIBLE MANUFACTURING EXPERIMENTAL SET WITH COLOR AND BARCODE SENSORS Taner Akkan, Tolga Olcay, Hakan Çelik, Tolga Tugay Đzmir, Salim Can Savcı Dokuz Eylül Üniversitesi Đzmir Meslek Yüksekokulu Mekatronik Programı, ĐZMĐR ÖZET Esnek üretim sistemleri, modülerlik, kolayca programlanabilme ve değiştirilebilme özellikleri sayesinde günümüzde otomasyonda önemli bir yer tutmaktadır. Bu çalışma esnek üretim sistemlerinde deneysel bir çalışma platformu biçiminde hedeflenmektedir. Bu projede renk ve barkod algılayıcısı yardımıyla bir magazinden banda otomatik beslenen parçalar renk ve barkod kodlarına göre sekiz kademede ayrılmaktadır. RS232 seri kanal iletişimli özgün bir RGB LED ve LDR renk algılayıcısı geliştirilmiştir. Barkod okuyucu olarak endüstriyel otomasyonda kullanılan RS232 seri kanal kontrollü bir modül kullanılmıştır. Bir magazin ünitesi ve besleyici mekanik yapı parçaların servo motorlar yardımıyla sekiz noktada ayırımını sağlayan DC motor kontrollü bir üretim bandı üzerine konulmasını sağlamak üzere gerçeklenmiştir. ABSTRACT Nowadays, flexible manufacturing systems have an important place in automation because of their modularity, easy programmability and changeability specifications. This study is aimed as an experimental work platform in flexible manufacturing systems. In this project, parts automatically fed from a magazine to a band are separated in eight different levels with their color and barcode codes with using color and barcode sensors. A novel RGB LED and LDR color sensor with RS232 serial communication was developed. An industrial serial channel controlled barcode module was used as a barcode reader. A magazine unit and feeder mechanical system was realized to place parts on a DC motor controlled production band to be separated in eight different points with aid of servo motors. 1. GĐRĐŞ Günümüzde otomasyon sistemleri özellikle üretim amaçlı olarak sıklıkla kullanılmakta, üretimin kalitesini ve hızını artırmaktadır. Üretim otomasyon sistemi temelde bir bant üzerinde ilerleyen parçaların algılayıcılar yardımıyla algılanarak bant boyunca çeşitli işlemlerden geçirilmesi prensibine dayanır. Bu sırada özellikle endüstriyel şartlarda çalışabilecek algılayıcı ünitelerine ihtiyaç duyulmaktadır. Yine parçaların nasıl işleneceği ile ilgili bilgiler renk, barkod, RF kimlik gibi belirteçler yardımıyla parça üzerinde yer almaktadır. Otomasyon alanında renk algılama için kullanılan birçok algılayıcı bulunmaktadır. Özellikle otomasyon alanında kullanılan mevcut çözümler pahalı çözümlerdir. Çalışmada öncelikle RS232 seri veri iletişim hattından farklı mikroişlemciler veya PC ile kullanılabilecek tek başına çalışan bir algılayıcı modülü yapılması hedeflenmiştir. Sistemin hatasız, kesin ve kusursuz algılaması sağlanmıştır. Küçük boyut, düşük maliyetli olması ve algılanan renk sayısının artırılması diğer hedefler arasındadır. Geliştirilen renk algılayıcısı otomasyon sistemlerinde veya mekatronik bir sistemin parçası olarak kullanılabilir. 1

2 MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYE 2. RENK ALGILAYICI SĐSTEMĐ Otomasyonda kullanılan mevcut renk algılayıcısı çözümleri aşağıda listelenmiştir [1]. KOMPAKT RENK FOTOSELĐ FT 50 C TC230 CZ-V20 CZ-H72 Bu çalışma için geliştirilen düşük maliyetli renk algılayıcısı iki farklı yöntemle oluşturulmuştur. Şekil 1. Đki renk algılayıcısının fotoğrafları (Sol: Đlk sürüm Sağ: Yeni sürüm) Renk algılayıcı sisteminde 16F88 mikrodenetleyicisi [2-3], üç adet LDR [4], RGB LED [5] ve Zener diyot gerilim sabitleyicisi bulunmaktadır. Sistemdeki zener diyot ledlerin parlaklığını sabitlenmek amacıyla kullanılmıştır. PIC mikrodenetleyicisi RS232 seri kanal protokolü üzerinden önceden belirlenmiş 12 farklı renkten birini algılıyorsa bu renge ait numara kodunu, eğer renk tanınmıyorsa buna ait dokuz adet LDR değerini (her LDR üç renk için ayrı değer algılar) RS232 üzerinden bir başlatma karakteri okununca yollar. Bu mikrodenetleyicinin seçilmesindeki en önemli etkenler 18 pin olması, dâhili osilatörü bulunması, 5 adet analog pin bulunmasıdır. RGB LED yeşil mavi ve kırmızı renklerin bir LED de birleştirilmesi ile oluşturulmuş bir LED dir. Bilindiği gibi bu renkler ana renklerdir ve bu renklerin karıştırılması ile ara renkler elde edilir. Işığa duyarlı dirençler (LDR) ışıkta az direnç, karanlıkta yüksek direnç göstermektedir. Üzerine temel kırmızı, yeşil ve mavi renkte ışık RGB led tarafından üretilerek düşürülünce o renklere ait kırmızı, yeşil ve mavi filtreli LDR algılayıcıları 0-5V aralığında analog değerler üretirler. PIC16F88 ile RGB LED'imizdeki 3 renk sırasıyla yakılır. Her renk yakıldıktan sonra filtreli üç LDR ışık şiddetine göre bir değer oluşturur. Bu değerler üç farklı analog uç girişi ile değişkenlere aktarılır. Alınan bu 9 bilgi her rengin önceden belirlenmiş renk değerleri ile karşılaştırılarak bir sonuç elde edilir. Karşılaştırmanın sonucu RS232 seri kanal ile Arduino Uno mikrodenetleyici kartına gönderilir. Algılayıcı ortam ışığından çok etkilenmektedir. Bu nedenle etrafı ortam ışığını geçirmeyen siyah sert plastik ile kaplanmıştır. Fakat cisimlerin dış ortamdan sızdırdığı ışık algılamayı olumsuz etkilemektedir. Bazen hatalı ölçümler yapmaktadır. Algılayıcı şu an 12 Rengi ayırt etmektedir. 3. MEKANĐK TASARIM 3.1. Magazin ve Besleyici Ünite Magazinlik, dışı 47mm içi 42mm olan bir metal borudan imal edilmiştir. Ayrıştırılan parça olarak 40mm çaplı renkli polimer silindirler hazırlanmıştır. Magazinlik içerisine 14 adet parça alabilmektedir. Magazinlik besleyici üniteye takılacak şekilde hazırlanmıştır. 2

3 Besleyici ünite parçaların magazinlikten alınıp renk ve barkod özelliklerinin belirlendiği akabinde ayırıcı bant üzerine aktarılmasını sağlayan bölümdür. Magazinliğin besleyici ünite ile birleştiği kısmın ortasında renk algılayıcısı bulunmaktadır. Bu sayede ek bir itme-çekme gibi işleme gerek duyulmadan renk algılanabilir. Renk algılama işleminden sonra lineer bir sistem ile magazinlikteki parça ittirilir ve Keyence BL-180 model barkod ünitesinin [6] altına gelir. Lineer sistem durur. Barkod un algılayabilmesi için barkod ile algılayıcı kafasının aynı hizaya gelmesi gerekmektedir. Bu nedenle besleyici üniteye bir servo motor eklenmiştir. Bu sayede parçaya dairesel hareket yaptırılıp barkod ile algılayıcı kafasının aynı hizaya gelmesi sağlanır. Barkod un okunması ile lineer sistem aynı yönde hareketine devam eder ve parça ayırıcı bant üzerine düşer. Magazin ve besleyici ünite Şekil 2 dedir. Şekil 2. Magazin ve besleyici ünite 3.2. Ayırıcı Bant Ayırıcı bant, üzerine düsen parçaları hat boyunca taşır ve servo motor ayırma mekanizmaları ile kutulara aktarır. Ayırıcı bant ve doğrusal ayırma mekanizmaları Şekil 3 te gösterilmektedir Servo Motor Ayırma Mekanizmaları Şekil 3. Ayırıcı bant Parçaların kutulara iletilmesi sağlayan servo motor tabanlı mekanizmalardır Bant Üzeri Doğrusal Ayırma Ayırıcı bandın iki yanında doğrusal ayırma plakaları vardır. Her plaka bir servo motor ile kontrol edilmektedir. Plakalar parçanın rengine göre uygun açı pozisyonuna gelir ve ayırıcı bandın itme kuvveti ile kutulara ayrıştırılırlar (Şekil 4). Şekil 4. Ayırıcı bant 3

4 Bant Sonu Dairesel Ayırma Ayırıcı bant sonunda yuvarlak bir mekanizma ve üzerinde üç adet kutu bulunmaktadır. Bu mekanizma bir servo motor ile kontrol edilmektedir. Gelen parçanın barkod numarasına göre servo motor hareket eder ve doğru kutunun bandın sonuna gelmesi sağlanır (Şekil 5) Tanınmayan parça ayırma sistemi Şekil 5. Bant Sonu Dairesel Ayırma sistemi Eğer algılanamayan parça var ise bant ters yönde hareket eder ve parça tanınmayan kutusuna düşer (Şekil 6) Metot Şekil 6. Tanınmayan parça ayırma sistemi Bu çalışmada yürüyen bir bant üzerindeki parçalar servo motorlar yardımıyla kutulara yönlendirilmektedir. Yürüyen banda parçalar bir magazin ünitesinden beslenmektedir. Magazin ünitesine tümleştirilmiş olarak renk ve barkod algılayıcı parçaları önceden belirleyerek hangi kutulara yönlendirileceğini belirlemektedir. Sistem Blok diyagramı Şekil 7 de gösterilmektedir. Şekil 7. Sistem Blok Diyagramı. 4

5 4. Yazılım Sistemin ana yazılımı Arduino Uno [7] mikrodenetleyici kartı üzerinde C diliyle yazılmıştır. Kartta 14 dijital giriş / çıkış ucu (6 PWM çıkış olarak kullanılabilir), 6 analog giriş, 16 MHz kristal osilatörü ve USB bağlantısı vardır. Kartın üzerindeki FT232 USB ara yüz entegresi ile PC den kontrol yapılabilir. Yazılım algoritması Şekil 8 dedir. Şekil 8. Yazılım algoritması Sistem başlatma butonuna basıldığında magazinlikte parça varsa magazinliğin altındaki renk sensörü ile renk algılanır. Lineer hareket ile parça ileri hareket eder. Parçanın rengi beyaz ise lineer sistem parça barkod ünitesinin altında iken durur. Parça aynı anda bir servo motorun üzerine gelmiş bulunur. Parçanın üzerindeki barkod ile algılayıcı kafası aynı hizaya gelip barkod okuyana kadar servo motor dairesel hareket yapar. Borkod un okunması ile lineer sistem hareketine devam eder ve parça ayırıcı bant üzerine düşer. Ayrıcı bant üzerine düsen parçanın rengi algılanamadı veya parça beyaz fakat barkod u yok ise bant ters yönde harekete geçer ve 5

6 parça kusurlu kutusuna düşer. Parça renkli ise bant üzeri doğrusal ayırma plakaları uygun renk kutusu pozisyonuna gelir. Parça beyaz ve üzerinde barkod barındırıyor ise bant sonu dairesel ayırma mekanizmasına ilerler. 5. SONUÇLAR Bu çalışmada Mikrodenetleyici kontrollü esnek ve ileride PC üzerinden grafik ara yüz ile kontrol edilebilecek bir esnek üretim sistemi gerçeklenmiştir. Ayrıca yapıyı ileride bir PLC kontrol edebilecek şekilde tasarlanmıştır. Đleride projede yapılabilecek iyileştirmeler aşağıda listelenmiştir. - Renk algılayıcısı geliştirilerek daha hızlı ölçüm yapılacak. - Yazılım iyileştirilecek Tamamlanmış çalışmanın fotoğrafı Şekil 9 da gösterilmiştir. KAYNAKÇA Şekil 9. Esnek üretim sisteminin fotoğrafı [1] Erişim tarihi: Nisan [2] Erişim Tarihi: Nisan [3] Serdar ÇĐÇEK, CCS C ile PIC Programlama (2009). [4] Erişim Tarihi: Nisan [5] Erişim Tarihi: Mart [6] Erişim Tarihi: Mart [7] Erişim Tarihi: Eylül