Machine automatique de comptage
Conception, fabrication et programmation d'une machine de comptage.
Contexte du projet
Cette réalisation s’inscrit dans le projet global DiyPixelArt, un projet entrepreneurial de vente de kits pixel art à assembler. Chaque kit contient les cylindres plastiques nécessaires à la réalisation d’un motif, conditionnées en quantité précise par couleur. Avec plus de 50 couleurs disponibles et des quantités variables selon le design, le conditionnement manuel est rapidement chronophage et source d’erreurs.
Cette machine est la première des trois machines conçues pour le projet. Son objectif est de compter automatiquement les cylindres et de les conditionner dans des casiers en quantité définie.
Problématique et contraintes
Réaliser du conditionnement en automatique et en quantité variable de perles à repasser.
Contraintes :
- Comptage automatique de perles cylindriques (diamètre 5 mm, longueur 5 mm)
- Plus de 50 couleurs différentes, toutes de dimensions identiques
- Conditionnement en quantités variables selon les motifs
- Capacité machine suffisante pour limiter les interventions humaines
- Utilisation du matériel disponible en stock
Réalisations
Analyse des concepts
Plusieurs principes de comptage et de distribution ont été étudiés.
Distribution : bol vibrant, disque rotatif à plat, disque rotatif incliné, etc. Le bol vibrant a été écarté pour la complexité de réalisation d’un tel système et son niveau sonore. Le disque rotatif à plat impose un système de distribution contrôlée complexe. Le disque rotatif incliné a été retenu pour sa fiabilité et sa simplicité.
Comptage : capteur inductif (incompatible, pièces plastiques), vision par caméra (puissance de calcul et complexité algorithmique importantes), capteur de poids (cylindres trop légers pour des jauges de contrainte classiques), capteur optoélectronique à fourche (retenu pour sa simplicité et sa fiabilité).
Conception
La machine est modélisée sur SolidWorks. Elle se compose de :
- Un disque rotatif incliné avec encoches pour isoler les cylindres un par un. La géométrie de l’encoche ne peut accueillir qu’un seul cylindre, les autres retombent par gravité dans le bol.
- Une gouttière de descente en haut du bol équipée d’un capteur à fourche pour détecter le passage de chaque perle.
- Un axe linéaire en partie basse, entraîné par moteur pas-à-pas et poulie-courroie, supportant 6 casiers de réception. Les casiers sont disposés à l’avant de la machine pour faciliter leur chargement et déchargement.
- Un interrupteur mécanique de fin de course pour le homing de l’axe linéaire.
L’accouplement entre le moteur et le disque est réalisé par une bride du commerce — une des seule pièces usinée de l’assemblage, indispensable pour garantir la perpendicularité du disque par rapport à l’axe de rotation.
Programmation
L’interface utilisateur, développée sur Arduino, se compose d’un joystick et d’un écran LCD. L’opérateur saisit la quantité désirée et le nombre de casiers à remplir. Une option permet de vider le bol dans le dernier casier lors d’un changement de couleur.
Résultats
/_ Ajouter photo arrière réelle de la machine _/
Démonstration du système de comptage
La machine est opérationnelle. La précision de comptage se situe dans une plage de [0, +10%] : quelques perles peuvent passer et ne pas être détectées par le capteur. Mais ce n’est pas grave car dans cette application, il est préférable que l’utilisateur ait un léger surplus qu’un manque pour l’assemblage de son design.
Pistes d’amélioration
En sortie du bol la goutière est large et se rétrécit pour localiser le cylindre devant le capteur de passage. Cependant de par l’aspect balistique du concept et du fait de rebonds, il peut arriver que deux cylindres se bloquent au rétrécissement de la goutière. Actuellement la détection blocage si au bout de quelques secondes il n’y pas eu de détection : bol vide ou blocage. La conséquence est un appel opérateur pour débloquer. L’impact ne justifie pas pour l’instant de retravailler le design de goutière mais serait une amélioration à terme.
Bilan du projet et apprentissages
La machine répond à son objectif : automatiser le conditionnement des perles et réduire la charge de travail manuel.
Pour un grand nombre de pièces et à faible valeur, la mesure indirecte de la masse est plus rapide et peut être plus économique que le comptage unitaire. Le concept de bol de séparation sera réutilisé dans la 2ème machine machine de tri par couleur.