Experimental setting

En la Figura 44, se detalla el proceso de construcción de cada uno de los componentes que formar parte de este sistema. El material utilizado en las paredes, compuertas y paleta reguladora es MDF de 6 mm de espesor. Mientras que el soporte del sensor se desarrolló en impresión 3D.

Figura 44. Cursograma sistema de entrada de envases 2.5.2 Construcción del sistema de etiquetado

El sistema de etiquetado cuenta con dos rodillos de etiquetado elaborados en un tubo de aluminio que se encuentra soportado por un eje de acero, un eje de rebobinado se encuentra en la parte inferior, acoplado al motor y permite una interacción entre el panel de control elaborado en impresión 3D que

cuenta con el sistema HMI para el control de la máquina. Las paredes se encuentran elaboradas en MDF de 6 mm en la Figura 45, se muestra la interacción existente entre todos los componentes y su procedimiento de ensamblaje.

3.1 CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA

Una vez construido el equipo final con la unidad de control, se obtuvo como resultado el sistema integrado con todos sus componentes, como se puede ver en la Figura 46, se visualiza la integración del sistema de entrada junto con el sistema de etiquetado y el panel de control ubicado en la parte lateral.

Figura 46. Prototipo final

El equipo final cuenta con los componentes especificados anteriormente para cada una de las dos etapas de la máquina. En la Figura 47, se observa una descripción general de las dimensiones de la máquina.

Se observa que las dimensiones generales de la máquina son las siguientes.

• Largo 925. 5 mm

• Ancho 221 mm

• Altura máxima 299.17 mm

El material que predomina para la elaboración de la máquina es en su gran mayoría MDF. También se puede observar que la distancia entre la compuerta inicial y el inicio de la base es de:

• Distancia 373.5 mm

Esto quiere decir que, utilizando los envases de 65 mm de diámetro se tiene una capacidad de 5 envases para apilarlos uno tras otro.

El panel está elaborado en PLA de color negro y se encuentra acoplado en la parte externa de la máquina. Cuenta con un interruptor de encendido y una pantalla táctil para el control de todas sus funciones. El cual cuenta con las siguientes características.

• Largo 186 mm

• Ancho 150 mm

• Altura máxima 75 mm

3.2 COSTOS DE CONSTRUCCIÓN

El presupuesto presentado por la empresa fue de un valor máximo de $ 600, por este motivo al momento de seleccionar los materiales y componentes de la máquina se optó por las opciones que mejor se adapten y que de igual forma sean las más asequibles.

En la Tabla 15 se muestran todos los componentes necesarios para la elaboración de la máquina con sus respectivas cantidades y el costo total que no sobrepasa el presupuesto y se cumplió con los requerimientos deseados.

Tabla 15. Costos totales de la elaboración de la máquina etiquetadora

DESCRIPCIÓN CANTIDAD COSTO UNITARIO TOTAL

Base, rodillos 1 $250 $250 Sensor 2 $12 $24 Motor nema 1 $14 $14 Stepper shield 2 $5 $10 Ejes 3 $1.67 $5 Rodamientos 4 $1 $4 LCD 1 $22 $22 Extra – base 1 $14 $14

Corte sistema entrada 1 $40 $40

Fuente 1 $6.87 $6.87

Pie de rey 1 $6.50 $6.50

Regulador 1 $5.38 $5.38

Soporte motor 1 $5 $5

Servo 2 $11 $22

PLA 1 $30 $30

TOTAL: USD $461.75

3.3 RESULTADOS DE FUNCIONAMIENTO

Al ser construido el prototipo final se procedió a realizar las respectivas pruebas para corroborar un correcto funcionamiento del hardware y del software. Estas fueron las siguientes:

• Funcionamiento del sistema de entrada

El sistema de entrada conformado por dos compuertas controladas por dos servomotores, un sensor infrarrojo acopladas en una estructura con una base inclinada funcionaron perfectamente, porque las compuertas no interfirieron en ningún momento con el paso de las botellas. El sensor infrarrojo envió la lectura en su tiempo para la apertura de la compuerta y no hubo maltrato alguno al envase y este fluyo con normalidad durante su paso.

• Funcionamiento del sistema de etiquetado

El sistema de etiquetado compuesto principalmente de un eje rebobinador que se encuentra acoplado a un motor, dos rodillos de etiquetado y el soporte juntamente con el rollo de etiquetas funcionan correctamente, esto se lo comprobó realizando pruebas manuales y automáticas del proceso de etiquetado. No se registraron maltratos sobre el envase al momento de que este cae e ingresa al sistema. El sensor infrarrojo acoplado en este sistema lee con precisión el envase y los rodillos de etiquetado junto con el eje rebobinador no presentan deformaciones o esfuerzos durante sus operaciones.

• Funcionamiento del sistema de control

Se encuentra compuesto principalmente por el microcontrolador y su fuente de alimentación juntamente con la pantalla TFT no presentaron ninguna no conformidad durante su funcionamiento es por este motivo que se afirma que el funcionamiento del sistema de control se encuentra en óptimas condiciones. La pantalla es intuitiva para el usuario permitiéndole de esta forma poner en funcionamiento la máquina sin complicaciones, de igual manera la pantalla TFT presenta una buena conexión, envío y recepción de datos con el microcontrolador.

• Interacción del operario con el equipo

La pantalla con todas sus funciones es intuitiva para el usuario, ya que a pesar de que la pantalla TFT no es de gran tamaño las letras son legibles por cualquier persona.

Al momento de apilar los envases en el sistema de entrada o retirarlos del sistema de salida no se reportó ningún inconveniente, ni una situación de peligro que represente un riesgo para el operario.

3.4 RESULTADO DE PRUEBAS

Para la elaboración y obtención de resultados se va a realizar análisis con un tipo de envase y un tipo de etiqueta que son utilizados en la empresa.

• Dimensiones de la botella:

Alto: 90 mm Diámetro: 63 mm

• Dimensiones de la etiqueta:

Ancho: 50mm Largo: 152 mm

Las variables para tener en cuenta son: • Tiempo de etiquetado

• Posición de la etiqueta

• Calidad de adherencia de la etiqueta 3.4.1 Tiempo de etiquetado

El objetivo de esta prueba es analizar y visualizar las diferencias existentes entre el etiquetado manual y automático con respecto al tiempo de etiquetado. Se realizaron dos muestras con 12 envases cada una de ellas y se obtuvo la Tabla 16.

Tabla 16. Relación de tiempos entre etiquetado manual y automático

MANUAL AUTOMÁTICO

N MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 1 MUESTRA 2

Seg. Seg. Seg. Seg.

1 11.48 11.36 6.51 7.06 2 9.93 11.27 6.65 6.21 3 9.82 12.18 6.78 6.21 4 8.67 13.1 6.52 7.02 5 10.82 9.92 6.38 6.22 6 11.06 11.16 7.48 6.22 7 8.23 9.25 6.27 6.42 8 10.71 8.96 6.87 6.72

9 11.62 8.53 6.46 6.19

10 11.27 8.33 6.95 6.81

11 9.6 8.84 7.34 6.68

12 11.84 8.47 7.14 6.45

PROMEDIO 10.42 10.11 6.78 6.52

Con los datos obtenidos con cada una de las muestras se procedió a obtener el promedio de cada una de ellas (Figura 48).

Figura 48. Gráfica resultante de tiempo de etiquetado manual y automático

En promedio, un operario se demora 10.2 segundos etiquetando un envase, mientras que la máquina necesita en promedio de 6.65 segundos. En la gráfica se puede visualizar que existe una reducción de tiempos del modo automático con respecto al modo manual de 35.2%. Así que se puede definir que, en 1 hora de trabajo de un operario, tomando en cuenta que cada 10 minutos de trabajo realiza una pausa de 2 minutos y cada media hora una pausa de 5 minutos, se logra etiquetar 280 envases. Mientras que en una hora de trabajo de la maquina se logra etiquetar 540 envases.

Hay que tener en cuenta, que para la operación de la máquina se necesita tan solo un operario para controlar las funciones de la máquina generando un ahorro en mano de obra al contrario del etiquetado manual, que generalmente para evitar la fatiga el procedimiento es realizado entre tres operarios.

3.4.2 Posición de la etiqueta

Para la elaboración del análisis de la posición de la etiqueta se tomaron en cuenta 24 envases que abarcan toda una caja. Se va a realizar el análisis

10.42 _10.11 6.78 _6.52 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 1 MUESTRA 2

MANUAL AUTOMATICO Ti em po en seg und o s

TIEMPO DE ETIQUETADO

cuando los envases son etiquetados manual y automáticamente para poder realizar una comparación y de esta manera determinar si existe una variación en la posición entre los dos modos.

Para la verificación de la etiqueta se toma en cuenta desde el final del borde saliente que soporta la tapa hacia la etiqueta como se observa en la Figura 49.

Figura 49. Envase y descripción de partes

La distancia que debe tener es de 4.4 mm respecto al extremo inicial y la etiqueta. La posición de la etiqueta se considerará en un rango de tolerancia de +/- 1 mm teniendo en cuenta que si supera este rango no tendría un buen aspecto visual y de igual forma es posible que se generen burbujas de aire bajo la etiqueta.

Tabla 17. Relación de calidad de posición etiquetado manual y automático

MANUAL AUTOMÁTICO

N MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 1 MUESTRA 2

mm. mm. mm. mm. 1 3.55 4.13 4.45 4.59 2 4.02 4.71 4.59 4.34 3 6.5 5.17 4.58 4.33 4 5.16 3.2 4.49 4.57 5 3.6 4.1 4.54 4.35 6 6.8 4.76 4.52 4.44 7 4.51 4.59 4.58 4.48 8 4.44 4.43 4.32 4.54 9 4.36 4.54 4.35 4.3 10 4.46 4.55 4.31 4.59 11 4.39 4.4 4.42 4.47 12 4.41 4.5 4.34 4.38 PROMEDIO 4.68 4.42 4.46 4.45 Extremo inicial

Con los datos obtenidos con cada una de las muestras se procedió a calcular el promedio para cada una de ellas (Figura 50).

Figura 50. Gráfica resultante de posición de etiquetado entre manual y automático En la figura se observa que existe una mayor estabilidad en la posición de la etiqueta cuando se realiza un etiquetado automático permitiendo estandarizar el proceso y detectar con mayor facilidad cuando se presente alguna desviación entre la etiqueta y el envase. Mientras que el etiquetado manual presenta una gran variación en sus dos muestras y muy pocos de sus ítems se encuentran en la ubicación deseada