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La mirada precisa de la visión artificial

27/03/2014

El procesamiento digital de imágenes tiene multitud de aplicaciones en áreas como el control de calidad y la automatización de procesos.Gracias a los sistemas de visión artificial, los mecanismos de fabricación industrial de los más diversos sectores son más precisos y seguros.

l mercado de los dispositivos de visión artificial es muy heterogéneo: desde minúsculos artefactos hasta grandes cámaras equipadas con varios sistemas de visión en distintos espectros luminosos. Pero todos son ya imprescindibles para garantizar la calidad de los procesos de fabricación industrial.

Entre las aplicaciones más sencillas y eficaces para el control de fabricación se encuentran las fotocélulas inteligentes que, por su dureza, simplicidad y ligereza compiten con ventaja en entornos tan agresivos como las cadenas de montaje. En el otro extremo, compañías como Panasonic cuentan, por ejemplo, con una amplia gama de cámaras que vigilan el proceso de fabricación y lo graban en vídeograbadores con disco duro, como ocurre en el centro de producción de portátiles de la firma en Kobe (Japón).

De ese modo, comparan la imagen con el modelo ideal que se conserva en su memoria y cuando algún detalle no concuerda con éste, emiten una señal de alarma para que un operario o un dispositivo automático intervengan y arregle la anomalía o retire la pieza que esté defectuosa.

Pionero español

En España, la empresa pionera del sector es MAPS Informática Industrial (Barcelona). Creada en 1984, su producto emblemático es VisioMaps, un sistema de inspección industrial mediante visión por ordenador, configurable por el usuario, y que procesa imágenes en tiempo real. Entre sus funciones se encuentran el control de superficies pintadas, de impresiones, de medidas, de empaquetado, de etiquetado, de envases o de piezas con geometría circular.

Las ventajas de VisioMaps son su facilidad de programación y el hecho de que se pueda usar sin tener conocimientos informáticos, así como la flexibilidad de adaptación a distintos entornos y su alta velocidad en operación gracias al preprocesador especializado en el tratamiento de imágenes (utilizando un PC y un procesador VLSI).

Su principal aplicación son los trabajos de inspección, que pueden ser de dos tipos: cuantitativa, para la toma de medidas (áreas, longitudes, perímetros...), y cualitativa, que verifica la correcta realización del trabajo: ensamblado, embotellado, etiquetado, empaquetado, etc.

Otra empresa española, ComeltaODECO, con sede en Badalona y dedicada a la fabricación de sistemas electrónicos, emplea un mecanismo de visión artificial para la verificación del color y la luminosidad de un conjunto de LED (Light Emitter Diode) situado en un piloto de señalización trasero para automóviles.

El sistema comprueba que la luminosidad y el color de los LED del piloto son homogéneos y, al mismo tiempo, efectúa un test de consumo de estos dispositivos, a partir de aplicaciones puestas a punto por las ingenierías EIIT y Two To Test.

Espectro visible

Con la introducción de nuevos materiales se han conseguido LED de prácticamente todo el espectro visible y con una potencia lumínica muy elevada y a un precio mucho más asequible.Las aplicaciones en las que se utilizan incluyen todo tipo de carteles luminosos, señales de trafico, iluminación para el mundo del automóvil y de la aviación, etc.

El proyecto fue desarrollado por el Centro de Visión por Computador (CVC), una institución sin ánimo de lucro creada en 1995 por la Generalitat de Catalunya y la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB). Su objetivo es eliminar los problemas de uniformidad que se presentan en la fabricación de los LED.

El equipo se adapta a un ritmo de producción de 5.000 pilotos diarios,con un tiempo máximo de inspección de cinco segundos por unidad. En ese periodo se verifica la luminosidad y la longitud de onda dominante (el color) del piloto.

El sistema de visión artificial, basado en una cámara espectral y en filtros de interferencia de banda estrecha, se aplica, en primera instancia, al análisis de LED de pilotos de coche, pero se diseña para que sea flexible y se pueda extender en un futuro a cualquier aplicación que emplee estos dispositivos. Además, se persigue la capacidad de analizar otros parámetros de interés para el cliente como pueden ser el estado del LED (apagado o encendido) y la detección con precisión de la posición y orientación del mismo dentro de la placa.

Multisensores

Una de las grandes empresas del sector es Cognex, que posee hasta 350.000 sistemas de visión funcionando en todo el mundo.Su idea es que si una característica de un producto se puede ver por una cámara, es posible inspeccionarlo, medirlo, verificarlo o guiarlo con un equipo de visión artificial.

Entre sus productos se hallan los multisensores Checker, las soluciones más simples para detectar las características de los artículos y de los embalajes.Un único multisensor suple a varios sensores fotoeléctricos:detectan más características que éstos y no necesitan una fijación exacta. Entre la multitud de aplicaciones en la industria, se encuentran la detección de tapones en botellas y otros recipientes, el código impreso y el precinto de seguridad; la de aros tóricos en faros o en tuberías de combustible; la presencia de roscas en orificios de piezas mecánicas o si están bien soldadas las tuercas de un automóvil.

Los dos principales sensores que se utilizan para estas labores son los de contraste y los de luminosidad. Otros artículos de Cognex son los sensores de visión artificial In-Sight, para inspección automática de los productos.Además de vigilarlos durante su fabricación, identifican las piezas, comprueban los defectos, verifican las dimensiones y la calibración, y dan órdenes a los equipos robotizados.

El software combina el procesamiento de alta velocidad con una gran biblioteca de herramientas de visión, y los sensores pueden utilizarse aislados o en red, para inspeccionar los productos en cada fase de la fabricación.Su eficacia aumenta con el uso de PatMax, una herramienta de localización de objetos de alta precisión.

Flujo de información

El paquete In-Sight también incluye herramientas OCV/OCR para comprobación y reconocimiento de caracteres,con algoritmos avanzados que son capaces de leerlos aunque estén poco claros o distorsionados.La eficacia del sistema se incrementa con la aplicación InSight Explorer, que facilita en gran medida la gestión de las redes de inspección y permite hacer una configuración remota.

También posibilita que la propia red Ethernet de la empresa controle y supervise de modo remoto toda una red de sensores de visión In-Sight, lo que ahorra en infraestructuras de comunicación, y agiliza el flujo de información de todos los productos en la planta de la fábrica. La visión por PC es una solución adoptada por muchas empresas.

En esta tecnología, Cognex posee la gama VisionPro. Hoy estos equipos vigilan la línea de producción de botellas de champán de la empresa francesa Union Champagne. A un ritmo de 8.000 botellas por hora, efectúa seis inspecciones: nivel de llenado, posición del corcho, limpidez del vino, y detección de astillas de vidrio y materiales flotantes en el líquido.

Por su parte, la alemana Wella emplea este producto para el control de calidad de los botes de champú, desde dos ángulos y a tres botellas por segundo. Controla hasta siete elementos en lotes de distinto ta maño, forma y color, como posición, tipo de etiqueta o ajuste de la capa, y ya en la etapa final, supervisa que no falten botellas y que se encuentren bien embaladas.

El ejemplo de saab

En otro sector, el del automóvil, Saab inspecciona con VisionPro unos 70 puntos de los vehículos en 40 segundos. Ulf Svenson, director del área de ingeniería de fabricación de Saab, asegura que “automatizando el proceso de inspección, acortamos los tiempos de ejecución para ser más competitivos, reaccionando más rápido a los gustos de los clientes”.

Asimismo, la compañía sueca ha instalado con la aplicación el sistema de reconocimiento de las cajas de engranajes. “La aplicación Gearbox Inspection se ajusta a cualquier tipo de caja y, gracias a ella, hemos alcanzado cero errores. No hemos tenido ni un fallo en 17 meses”, afirma Svenson.

Por otro lado,la cervecera alemana Furnsterberg se sirve de VisionPro para verificar defectos en sus cajones reutilizables. La también germana Schwan Stabilo comprueba con ella el perfil de la punta de los lápices delineadores de ojos para descubrir si hay manchas en la madera y si el color es correcto y, por último,la australiana Sciteh calibra y controla su sistema de corte por láser.

Esto da una idea de la gran versatilidad de los sistemas de visión artificial. La gran utilidad de estas herramientas de visión electrónica hace que formen parte del entorno habitual de la industria, ya que agilizan de un modo extraordinario la producción, por la enorme velocidad con la que realizan la inspección, dejando libres a los operarios para realizar labores de mayor valor añadido.

En la consecución de la fábrica automatizada, los sistemas de visión artificial son un eslabón ineludible que asegura la calidad del producto final; un factor competitivo de primer orden en un mercado que cada vez reduce más sus márgenes comerciales.

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UNA VISIÓN DE LA I+D ESPAÑOLA

La importancia de la visión artificial en la industria se refleja en la investigación que sobre esta tecnología se está desarrollando en muchas universidades españolas, en las que además de los aspectos puramente científicos se ultiman aplicaciones a medida para las empresas que solicitan sus servicios. Entre estos centros de investigación se encuentran:

Universidad Politécnica de Valencia

Instituto Tecnológico de Informática: Desarrolla algoritmos basados en técnicas de visión por ordenador para sistemas de control de calidad y control industrial. Ha realizado trabajos en el sector textil, como el guiado de láser para el corte de tejido, el control de mezclas de bobinas y el control dimensional en procesos de vulcanizado de cintas de caucho.

Universidad de alicante

Grupo de Automática, Robótica y Visión Artificial: Investiga en visión por ordenador aplicada a la fabricación, control visual, morfología matemática, procesamiento en color de imágenes, Visiomaps realiza la inspección industrial y procesa las imágenes en tiempo real. sistema de control en tiempo real, scheduling, técnicas avanzadas de fabricación flexible y desensamblado automático.

Escuela superior de ingenieros de sevilla

Grupo de Robótica, Visión y Control: Trabaja en control de calidad por visión artificial y sistemas inteligentes para control, medida y prueba.

Universidad politécnica de Madrid

Visión por Computador: Su investigación se centra en la inspección visual automática (con un sistema que comprueba las patas de los chips), el control de calidad visual, el reconocimiento de patrones y el análisis textural.

Universidad de Gerona

Robótica y Visión por Computadora Estudia la visión 3D por ordenador, un sensor para robots autónomos y aplicaciones para inspección automática en producción industrial. UNIVERSIDAD DE MÁLAGA Robótica Móvil Investiga en el reconocimiento de objetos, inspección y control de calidad y visión 3D.

 

UN GUARDÁN ENTRE LOS ALIMENTOS

Un campo en el que la visión artificial es muy importante es la alimentación, para descubrir partículas extrañas introducidas en la manipulación de los alimentos. Aunque los detectores de metales ayudan a separar los fragmentos de metal, no son efectivos para identificar plásticos y otros objetos extraños.

El uso de plásticos, desde cintas transportadoras hasta guantes de látex, es cada vez más frecuente, lo que agrava la contaminación por estos materiales y resulta una preocupación constante en el procesamiento de estos productos, ya que esta contaminación puede tener secuelas muy serias: entre ellas, la retirada de grandes remesas de un producto por temor a que haya más contaminación o el propio desprestigio comercial de la firma.

 

Sofisticados algoritmos

Este problema llevó a John Stewart, ingeniero investigador del Georgia Tech Research (GTRI), a desarrollar con su equipo un sistema de visión artificial que descubre estos materiales extraños. La herramienta de GTRI combina la tecnología de visión computerizada con sofisticados algoritmos de discriminación de color.

Se coloca sobre la línea de producción tras programarla para identificar el fondo de la cinta transportadora y las características del producto, y almacenar esta información en el disco duro del ordenador. Luego, al analizar el paso de los artículos, como la carne procesada, si ve algo que no debería estar ahí, graba la imagen digital y activa una alarma para que un dispositivo retire la referencia contaminada.

Aunque el sistema trabaja con toda la gama de colores, lo hace sobre todo en verde y azul. Este último es el de la mayoría de los plásticos usados en el procesado de los alimentos. La visión artificial sustituye al operario, cuyo cansancio después de horas de vigilancia le hace cometer distracciones. Además, el sistema de visión de GRTI puede detectar el intruso no sólo desde arriba sino desde varios ángulos.