Como aplicar la visión artificial en un entorno industrial

Al iniciar este blog hace unos meses, ya realizamos una breve introducción a la visión artificial, e incluso hemos dado a esta tecnología una categoría específica dentro del mismo. En esta ocasión, continuamos introduciendo a esta tecnología, pero vamos a abordar la puesta en práctica de su aplicación en una factoría. Trataremos como siempre de hacerlo de una forma sencilla para que la exposición sea útil a los no iniciados.

INTRODUCCIÓN

Los sensores de visión, usados para automatizar inspecciones visuales complejas suelen verse como algo difícil de implementar, y esta es una idea que hay que desmitificar. Vamos a estudiar en este artículo y nos daremos cuenta de que realmente no es complicado.

PARTES DEL SISTEMA DE VISIÓN

Los productos de visión artificial comprenden dos elementos principales:

• Elemento hardware: Cámara, controlador, etcétera.
• Elemento software: Sistema de imagen, algoritmo de procesado de imágenes e interface de usuario

ADQUISICIÓN DE DATOS Y ANÁLISIS

Un sensor de visión trabaja llevando a cabo una inspección y realizando una serie de operaciones. En primer lugar capta datos mediante una cámara, las analiza en un microprocesador, y toma decisiones basándose en el análisis. Consecuentemente, las partes del proceso de inspección son las siguientes:

A) Adquisición de una imagen. Una vez se ha identificado la característica de interés, el proceso de adquisición consiste en los siguientes pasos.

1. Ajuste del contraste: El FOI debe estar iluminado para conseguir el máximo contraste. El contraste óptico es la relación entre la cantidad de luz que cae en el receptor en la condición de luz sobre la que se realiza la adquisición de datos, y la condición de oscuridad. Cuanto mayor sea el contraste entre el objeto que vamos a estudiar y el entorno, más fácilmente mediremos la señal de visión.
2. Montaje a la distancia de trabajo correcta: El sensor debe montarse a la distancia de trabajo adecuada para establecer el campo de visión que maximice la resolución de la imagen. La distancia de trabajo es la distancia desde la cámara al objeto de inspección, el campo de visión es el área del espacio del objeto captada en el plano focal de la cámara y la resolución es el cambio detectable más pequeño en la posición o tamaño de un objeto.
3. La fuente de luz interacciona con el elemento inspeccionado y el fondo. La luz es absorbida, reflejada o transmitida.
4. La luz pasa a través de las lentes a un imager-chip bidimensional. El chip es el sensor de visión que reemplaza la a película en un sistema de cámara digital. Los dos tipos más conocidos, también conocidos como sensores de imágenes, son CCD y CMOS. El chip captura la imagen en un valor en escala de grises por cada pixel de la imagen. En computación una escala de grises es una escala empleada en las imagen digital en las que el valor de cada pixel posee un valor equivalente a una graduación de gris. Las imágenes representadas de este tipo están compuestas de sombras de grises, que van desde el negro más profundo variando gradualmente en intensidad de grises hasta llegar al blanco.

B) Análisis de una imagen. Para el análisis de la imagen se utiliza un software que extra las características y las analiza de acuerdo con unas tolerancias determinadas por el usuario. Esto incluye contar, localizar, verificar, medir, e identificar objetos en la imagen. Este análisis se conoce también como conducir una inspección. En la inspección, las imágenes de los productos se comparan a una imagen de referencia en orden de encontrar diferencias medibles y repetibles entre buenos y malos productos.

C) Determinación: Finalmente, durante la fase de determinación, el software determina si una inspección ha pasado o ha fallado, de acuerdo con los criterios predeterminados. El sensor luego va mostrando los resultados en una máquina. En esta fase, el sensor de visión utiliza la referencia que se le ha enseñado previamente para comparar cada muestra con la tolerancia programada. La inspección se pasa si todas las muestras están dentro de las tolerancias mínimas y máximas. La operación de la determinación tiene lugar dentro del microprocesador del sensor de visión. Las herramientas de comunicación y análisis utilizadas en esta fase se configuran mediante software GUI (interface gráfica de usuario). Los resultados son comunicados a la línea de fabricación utilizando una salida discreta, una conexión serie o a través de un puerto Ethernet.

1. Herramientas de determinación: Estas herramientas de software se usan para hacer la determinación de datos y comunicación de datos. Tenemos dos tipos: a) Herramientas de análisis: Usan la información analizada por las herramientas de visión para crear mediciones de distancia, tamaño y recuento y tolerancia de resultado. B) Herramientas de comunicación. Estas herramientas exportan los resultados de la inspección a un dispositivo externo. Los resultado del análisis realizado por las herramientas de visión pueden seleccionarse y exportarse vía el canal serie del sensor o a través de Ethernet.
2. Herramientas de análisis: Calculan la distancia entre dos puntos encontrados con previas herramientas de visión. Miden por ejemplo la posición de una etiqueta.
3. Herramientas de ensayo: Estas herramientas se utilizan para establecer tolerancias y resultados en las herramientas de visión y análisis y activar salidas discretas.
4. Herramientas de comunicación: Las herramientas de comunicación se usan para exportar datos desde el sensor de visión a un dispositivo externo, incluyendo los resultados de las herramientas de visión. El sensor exportará los datos sobre Ethernet o un canal serie. Algunos ejemplos son: tiempos de ejecución, contar, valores de entrada y salida, referencia punto a borde y distancia de rotación, valores promedios en escala de gris, anchura máxima y mínima de un objeto.
5. Uso de más de una herramienta de comunicación: Una inspección puede requerir el uso de más de una herramienta de comunicación, en cuyo caso se denomina herramienta de comunicación múltiple. En este caso, las herramientas: separan datos y exportan a dispositivos externos únicos, especifican la orden de los datos exportados, exportan datos de herramientas de visión en diferentes momentos durante la inspección. Especifican los caracteres de control de "series de activación" a dispositivos externos únicos.
6. Configuración de la herramienta de comunicación: Las herramientas de comunicación se configuran en tres pasos: a) Seleccionar las herramientas de visión y sus resultados para exportar, B) seleccionar las conexiones de comunicación para datos de exportación y 3) transformar la serie de datos de activación a caracteres ASCII.
7. Resultados: Los resultados de un sensor de visión son configurables por el usuario. Puede enviarse la salida a cualquier punto de la factoría para permitir pasar, impedirlo, o dar un aviso, entre otras condiciones.

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Palabras clave: to automate complex visual inspection, feature of interest (FOI), imager chip, vision sensing, GUI Software