MONTAGEM DA ESTRUTURA DA ESTEIRA TRANSPORTADORA

A estrutura da esteira transportadora foi feita principalmente por meio de perfilados, o que permite a modularidade do protótipo, roletes, atuadores, e malha de EVA . Conforme Soans et al. (2018) uma esteira transportadora é o meio de transporte de produtos que consiste de dois ou mias roletes unidos por uma malha, onde um rolete atuador é acoplado a um motor com mecanismo de redução, para rotacionar a malha da esteira transportadora.

A primeira etapa para construção da estrutura foi deixar os perfilados com tamanhos iguais e desejados para o tamanho da esteira. Com o uso de uma serra de corte, popularmente conhecida como serra tico-tico, foi cortado a barra de perfilado de 6 metros em três barras de 2 metros. Uma das barras de 2 metros foi cortada ao meio para servir como a estrutura lateral na esteira, como mostra a Figura 1, após ter duas barra de 1 metro cada, foi fixado entre as barras os 4 roletes industriais com o uso de porcas e arruelas, como mostra a figura 2.

Os pés da esteira foram feitos com perfilados de curva de 90º, para conectar as curvas nos perfilados foi utilizado emendas e para fixá-las foi utilizado parafusos, porcas e arruelas. Como os furos das emendas da curva não se alinhavam foi preciso fazer furos extras nas emendas e nos perfilados com o auxílio de uma furadeira, como mostra a figura 3. Com os pés fixados foi cortado mais dois pedaços de 30cm da barra de 2 metros e com o uso de curvas foi montado a estrutura do arco para colocar a Webcam, para fixá-los foi usado o mesmo método usado nos pés do protótipo. e para colocar o arco junto com a estrutura da esteira foi usado uma emenda "X". Na figura 4 temos a estrutura bruta da esteira com o arco.

Pensando em um melhor ajuste na malha, foi feito um corte no furo do perfilado mais distante do arco isso para poder movimentar o último rolete, essa movimentação tencionará mais a malha e ira fazer com que tenha melhor interação com o rolete atuador. O corte foi feito com uma serra e pode ser visto nas imagens 6 e 7.

O rolete com atuador, fabricado pelo grupo, foi feito com um cano de PVC do mesmo diâmetro nominal do que os roletes. Nos estremos desse cano foi utilizado duas rodas de kit comumente vendidos em sites de eletrônica, a borracha das rodas serviram para encaixar o cano ao eixo da roda e o eixo da roda para encaixar no motor. esse encaixe entre a roda e o cano faz com que seja possível retirar o rolete atuador e ajustar a malha da esteira ou os motores.

Para a inserção dos motores dentro dos perfilados (figuras 8, 9 e 10) foram necessários abrir os buracos dos perfilados para passar o eixo da roda que encaixa com o motor.

Figura 8,9 e 10 - Inserção dos motores com redução em ambos os lados da estrutura para a confecção do atuador

A validação da atividade do atuador é necessária para testar e ajustar o rolamento da estrutura, os testes de giro do rolete atuador foram realizados, por meio de um acionamento ininterrupto de um minuto, o qual tem o objetivo de verificar quaisquer problemas na rotação do motor. Nesse teste foi identificado que os motores, interno ao perfilado, acabam vibrando junto até encostar na parte superior, pela falta de apoio. Também foram identificados cortes no encaixe da roda, o que indica que o eixo entra em contato com a chapa da estrutura perfilada, ainda sim pela falta de apoio e centralização do eixo.

O desenvolvimento da malha da esteira transportadora é um importante ponto do projeto, visto que a interação dela com os roletes, é o que dará a movimentação dos objetos e ela será o fundo das análises de visão computacional. Assim foram definidos alguns requisitos necessários da malha para a melhor interação com a câmera:

1. A malha deve ser de uma cor que ofereça contraste aos objetos analisados.

2. Deve cobrir o máximo possível do campo de visão da câmera, para assim a análise computacional não sofrer da influência de ruídos provindos do fundo.

3. Deve ser de material o mais opaco possível, para não sofrer dos ruídos provindos da iluminação do ambiente.

4. Deve se manter estável durante toda a movimentação das esteira, não deve dobrar, comprimir ou se encurtar no plano da imagem da câmera.

Assim definiu-se a cor da malha da esteira como preta, e neste momento, optou-se por uma malha elástica, para oferecer o máximo atrito aos roletes quando tensionada. Para a confecção da malha, utiliza-se das medidas da esteira (figura 11 e 12) para a costura da malha.

Figura 11 e 12 - Medição da malha da esteira para confecção

Com a confecção da malha elástica da esteira transportadora, verifica-se a obediência aos itens 1 e 3 dos requisitos para a malha, referentes ao contraste com os objetos e a opacidade à feixes luminosos interferentes, como podem ser visto na Figura 13 e Vídeo 2.

Porém, no que se refere aos itens 2 e 4, percebe-se que na prática, a existência de costuras da malha utiliza uma parte útil da largura da malha, deixando visível parte do fundo em alguns trechos. Essas mesmas costuras, são responsáveis também pelo desalinhamento da malha com o tempo de funcionamento.

A ideia da utilização da malha com elastano era de utilizar os esforços elásticos, para propiciar mais atrito e estabilidade para o movimento da malha transportadora. Ao realizar os testes, observou-se que o rolete confeccionado com os atuadores, não suporta os esforços causados pela tensão da malha elástica, o que culminou na necessidade de afrouxar a tensão da malha elástica, e com isso, perdendo o atrito necessário para estabilizar a malha e a movimentação do objeto. Os vídeos 3 representam os teste com a malha elástica, que futuramente fora substituída por uma de malha de EVA como mostra a Figura 14.

AJUSTE DA AUTOMAÇÃO

A segunda etapa do desenvolvimento do projeto foi a automação da esteira, ajustando de forma logica os sensores e atuadores inseridos na esteira. Os atuadores utilizados foram dois motores CC com redução no eixo para rotacionar o rolete confeccionado, eles foram inseridos na parte de dentro do perfilado e fixado com cola quente. O acionamento dos motores foi feito pelo uso de um drive ponte H como mostra a Figura 15. Os sensores utilizados foram o sensor ultrassónico e uma câmera webcam centralizada no suporte acima da esteira.

Nesta etapa é prevista uma lógica de automação, responsável por acionar a esteira apenas quando as peças forem inseridas no início da esteira. Para isso, o sensor ultrassônico, posicionado no início da esteira, Figura 16, irá disparar um gatilho de tempo de acionamento dos motores da esteira ao detectar uma peça dentro do limite medido. O tempo de acionamento, considerado mais que o suficiente para a passagem das peças, é restaurado cada vez que uma nova peça é detectada pelo sensor ultrassônico, de forma a interromper o funcionamento da esteira após a passagem da última peça.

ALGORITIMO DE VISÃO COMPUTACIONAL

ALGORÍTIMO DE CONTAGEM POR COR

No algoritmo de contagem por cor, se utilizam de técnicas de realce de cor, que conforme Pedrini e Schwartz (2007), são técnicas necessárias, quando houverem a decorrência da perda de qualidade da imagem, com borramentos, perda de contraste ou distorções ou da introdução de ruídos. Condições estas comuns, quando se utilizam de dispositivos de aquisição de baixa qualidade, ou até mesmo quando o ambiente de funcionamento não é preparado adequadamente.

Dentre as técnicas de realce, estão a utilização de máscaras de cores, onde procura-se delimitar uma faixa de cor a qual você quer filtrar do restante da imagem de entrada. A imagem de saída do filtro de cor, deve ser apenas a faixa de cor desejada, que no caso será a cor das caixas.

Com a da faixa de cor desejada na saída do filtro de cor, realiza-se a conversão de escala de cor (seja ela em HSV ou RGB), para a escala em cinza e aplica-se a limites na intensidade para a conversão da imagem em escala cinza para uma imagem binária (preto e branco). Esses limites de intensidade, apenas delimitam a partir de qual intensidade de cor cinza, será considerado como nível lógico alto (1) e qual ficará como nível lógico baixo (0).

Assim, com a imagem binária, utiliza-se de técnicas de contornos, para encontrar as coordenadas dos contornos de cada conjunto de dados com nível lógico alto. Com as coordenadas dos contornos dos conjuntos, calcula-se a área de cada conjunto encontrado na imagem binária. A utilização de uma área mínima para a contagem, tem como finalidade filtrar qualquer ruído que adentrem na faixa de cor, visto que os ruídos geralmente não possuem uma área significativa, e tendem a ser espalhados pela imagem de saída.

O fluxograma, representado pelas Figura 17, representa a lógica de processamento de imagem e processo decisório do algoritmo de contagem por cor.

Para a construção da lógica que constará no código do sistema de contagem por cor, não eram necessários os valores específicos dos limites de cor, porém, para a programação é necessário que sejam estipulados os números de cores à serem testadas bem como os produtos para a limitação das cores.

Os produtos escolhidos como objetos de teste foram da marca Chá Prenda, uma marca de chás, onde a caixa de cada sabor possui uma cor distinta. As caixas possuem as cores azul (boldo), vermelho (maçã), amarelo (camomila) e verde (cidreira), como na Figura 18

Apesar de ser possível construir as máscaras a partir de imagens, para uma análise mais fidedigna com o protótipo, o método utilizado para a criação das máscaras foi por meio de uma janela de supervisão com controles deslizantes (sliders), como posto por Vergutz e Gonçalves (2014). O que serve para limitar as cores, e em tempo real, ver a saída do filtro de cor. A Figura 19 e 20, exemplificam o ensaio realizado para aquisição do limites de cor em HSV

ALGORÍTIMO DE CONTAGEM E INSPEÇÃO

Analogamente à detecção de cores, o processo de contagem genérico também se utiliza dos conceitos de máscara e rastreamento. Porém, difere-se conceitualmente de que, na detecção de cores, admite-se que o objeto de teste possui cores destacáveis e diferentes, no caso de um algoritmo de contagem padrão, este deve detectar todos os objetos, sem que o plano de fundo atrapalhe nas indicações.

Para isto, o utiliza-se um o algoritmo de removedor de plano de fundo (background remove) baseado na movimentação de objetos. Apesar da esteira estar constantemente em movimento, caso o fundo for escuro o suficiente, não será possível identificar movimentos da malha abaixo do objeto. Esse algoritmo é uma alternativa ótima para filtrar partes que vão permanecer imóveis durante a contagem, e o restante de ruídos que permanecerem podem ser filtrados por meio de filtros de cores (no caso da esteira de EVA) e limites mínimos de área.

As medidas de área são obtidas a partir de uma aproximação quadrilátera dos contornos dos objetos capturados. No caso de um círculo, é utilizado o diâmetro como lado do quadrilátero, para cálculo de área. Definiu-se que durante o ensaio de testes do algoritmo de inspeção de área, iriam ser utilizadas as mesmas caixas de chá do ensaio de contagem por cor, com 75x75mm de área superior, totalizando 5625 mm² de área e uma moeda de dez centavos, com 22 mm de diâmetro, sua área aproximada seria 484 mm². A caixa e a moeda foram classificados respectivamente como média (M) e pequena (P).

A aquisição das áreas de objetos, feitas pelo OpenCV, têm como dimensão os números de pixel ocupados pelo objeto no plano imagem, logo, cada pixel representa uma quantidade de área do objeto. Assim, como a câmera não foi posicionada diretamente acima do objeto, a perspectiva causará distorção na leitura de um objeto que estiver passando pela esteira. Pensando numa conversão simples de unidades de área, dividiu-se a da área medida pelo software de um objeto de teste pela área real desse objeto, assim foram medidas as áreas de um objeto de 2500 mm² (5x5 cm) em três pontos monitorados pela câmera na esteira, como consta na Figura 21.

Considerando a existência de distorções nas imagens da câmera, tanto causadas pela distância do objeto à câmera, quanto pela perspectiva dos objetos no plano imagem. Utilizou-se de parâmetros qualitativos para a medição de área, visto que seria extremamente complexo delimitar uma faixa de incerteza para as indicações quantitativas de área. Logo, foram admitidos como “G” quaisquer objetos que tenham mais de 8000 mm², “M” para quaisquer objetos entre 8000 mm² e 1000 mm² de área, e por fim, “P” para objetos abaixo de 1000 mm² de área.

O fluxograma, representado pelas Figura 22, representa a lógica de processamento de imagem e processo decisório do algoritmo de contagem e inspeção de área.

Download de arquivos do projeto

1 - IPCcomercial, Loja de roletes para esteiras transportadoras, https://www.ipccomercial.com.br/ .

2 - Premel, Filial de Itajaí, localizada na rua Heitor Liberato em Itajaí - SC.

Para saber mais sobre o curso de Bacharelado em Engenharia Elétrica do Instituto Federal de Santa Catarina - Campus Itajaí,

envie um e-mail para eng.eletrica.itj@ifsc.edu.br.