Inspección inteligente
Sistema de inspección visual end-of-line con IA totalmente automático que asume tareas complejas de control
Los requisitos impuestos a los fabricantes en sus plantas de producción son enormemente elevados: Deben fabricar sin incidencias y de forma rentable y altamente flexible la mayor cantidad posible de productos de calidad con cero fallos. Sin embargo, los métodos convencionales de inspección de calidad suelen ser caros y deficientes en materia de fiabilidad, flexibilidad y tasa de detección. Si el control de calidad sólo puede ser realizado por el ojo humano, existe el riesgo de que aparezca cansancio y agotamiento y por consiguiente sea poco preciso. Y es que cuanto más compleja es la tarea de inspección, más difícil es garantizar la calidad, pero al mismo tiempo mayor es el potencial de ahorro.
Aplicación
El uso de cámaras industriales para la inspección visual suele ser un primer paso hacia la automatización. Si además entra en juego la inteligencia artificial, se puede llegar a conseguir una inspección 100% autárquica de aprendizaje autónomo. El ejemplo de la inspección end-of-line de módulos complejos con múltiples características de inspección muestra cómo la inteligencia artificial puede dominar las situaciones más exigentes. La empresa austriaca Nordfels GmbH ha desarrollado una máquina de inspección automática con autoaprendizaje para la inspección visual completa de módulos o grupos de cualquier tipo. Este "inspector de aprendizaje profundo" está formado por un robot de brazo articulado, un software inteligente y una cámara industrial GigE Vision de IDS.
El sistema examina, por ejemplo, motores de combustión, transmisiones mecánicas y eléctricas, bombas para bomberos, sistemas de baterías de vehículos eléctricos u otros componentes del mundo de la movilidad eléctrica. Se inspecciona todo aquello que consta de varios componentes, cables o mangueras y debe ser revisado para comprobar su integridad y corrección. A menudo se trata de componentes complicados con una gran cantidad de pequeños elementos de precisión. Las piezas ensambladas manualmente con muchas características pueden entrañar muchos errores que deben ser registrados. Para el "inspector de aprendizaje profundo" esto no es ningún problema, dado que detecta y evalúa de forma fiable piezas de todo tipo con más de 50 parámetros diferentes. Y lo hace aunque existan elementos ambiguos que apunten a que la pieza es buena, es decir, que el artículo cumpla suficientes criterios como para ser clasificado como "OK". También detecta piezas no válidas incluso cuando no hay una imagen clara del error.
El aprendizaje se realiza mediante imágenes de entrenamiento que muestran situaciones concretas de OK y NOK (en orden/no en orden). A partir del correspondiente conjunto de imágenes se entrena una IA con la que se pueden hacer inspecciones incluso muy complejas de forma totalmente automática y muy rápida. El sistema evoluciona constantemente añadiendo nuevas imágenes y cuenta con una interfaz fácil de usar para simplificar el proceso de entrenamiento de los algoritmos de aprendizaje profundo. Otra ventaja: se genera automáticamente una documentación gráfica del producto antes de la entrega de éste.
Básicamente una unidad de control se compone siempre de una cámara con iluminación montada en un brazo robótico. La se acerca a cada característica, la fotografía y la evalúa automáticamente por medio del aprendizaje automático.
En la práctica, sin embargo, se utilizan varias unidades de control (unidades mano-ojo) en una máquina de inspección. A partir de dos unidades se pueden utilizar varias funciones de trabajo en equipo o "teamwork" para que trabajen juntas. La función "Dark-Field Teamwork-Function" se basa en que una unidad de cámara robótica con iluminación se encarga únicamente de iluminar a la otra unidad, y la segunda unidad de cámara robótica con iluminación es la que se encarga de capturar las imágenes. Esta función es útil cuando una característica puede resaltarse mejor con luz lateral que con la iluminación de luz difusa estándar que incorporan todas las unidades de control.
Otro ejemplo de posible colaboración en equipo es la "Free-Sight Teamwork-Function". En este caso, una unidad robótica ayuda a la otra utilizando una pequeña varilla para apartar los cables o mangueras de la pieza que podrían interferir en el campo de visión de la otra unidad de cámara. De ese modo la segunda unidad de cámara robótica puede capturar la imagen sin problemas.
Con este sistema flexible e inteligente se podrán automatizar innovadoras inspecciones end-of-line que ahora solo son posibles con un gran esfuerzo y mucho trabajo.
Cámara
Cada sistema incorpora una cámara GigE Vision de IDS. Para Nordfels los criterios decisivos para elegir este modelo de cámara fueron, además de la interfaz, su tamaño y su sensor. La cámara GV-5890SE dispone del sensor CMOS rolling shutter IMX226. Con una resolución de 12 megapíxeles (4000 x 3000 px, tamaño de píxel de 1,85 µm), este sensor de la serie STARVIS de Sony dispone de una extraordinaria sensibilidad a la luz y ofrece un bajo nivel de ruido y una frecuencia de imagen de 10 fps a máxima resolución. La alimentación vía Ethernet hace posible el funcionamiento con un solo cable de hasta 100 metros. La tecnología BSI ("back side illumination") del sensor hace que la cámara esté predestinada para tareas que exigen un resultado perfecto incluso en condiciones de poca luz. Esto permite al sistema de inspección EOL conseguir buenos resultados incluso sin la "Dark-Field Teamwork Function" mencionada anteriormente.
La unidad de control fotografía y evalúa cada una de las características (fotografías: Zeidler G):
"La cámara uEye tiene una gran versatilidad. Muchas características pueden ser comprobadas con las clásicas imágenes en escala de grises que utiliza el procesamiento industrial de imágenes. Pero también hay características en las que la información de color juega un papel importante. Entonces las fotografías se disparan en el modo de color. Además, una unidad de cámara dispone de distintos colores de iluminación que permiten crear siempre las condiciones óptimas para la captura de imágenes", dice Edmund Jenner-Braunschmied. Con esta configuración también es posible la lectura OCR y la lectura de códigos 2D o de códigos de matriz de datos. El reconocimiento OCR también se realiza con aprendizaje profundo. Por su parte, la lectura de códigos se lleva a cabo con el procesamiento de imágenes clásico.
Perspectiva
El mercado del procesamiento de imágenes, especialmente en relación con la robótica, está creciendo de forma imparable en una amplia gama de sectores. Nordfels también se ve confrontada con esta tendencia. "Las combinaciones y aplicaciones posibles son muy diversas, ya sea en el ámbito de la manipulación o de los sistemas de inspección", afirma Jenner. A esto se suman las nuevas posibilidades que ofrece el aprendizaje profundo y el aprendizaje automático. "El resultado es un escenario tecnológico que, si bien ofrece infinitas posibilidades, también requiere una gran cantidad de conocimientos especializados y aptitudes multidisciplinarias para desarrollar sistemas que, en última instancia, sean fáciles de manejar en la producción y funcionen con la máxima seguridad de proceso". Tanto las empresas de integración de sistemas y de ingeniería mecánica innovadoras como Nordfels como los fabricantes de cámaras orientados al futuro como IDS deben afrontar estos desafíos en la misma medida.
Cámara GigE Vision de la familia uEye SE
- Interfaz: GigE
- Modelo: GV-5890SE-C-HQ
- Tipo de sensor: CMOS
- Fabricante: Sony
- Frecuencia de imagen: 10,0 fps
- Resolución: 4000 x 3000 / 12 MP
- Obturador: Rolling Shutter
- Formato de sensor: 1/1.7"
- Dimensiones: 34,0 mm x 44,0 mm x 47,0 mm
- Peso: 105 g
- Conexiones: GigE RJ45, atornillable
- Aplicaciones: Procesamiento de imágenes industrial para tecnología médica (y automatización en laboratorios), metrología, industria alimentaria e inspección en continuo
Cliente
Nordfels GmbH es una empresa de ingeniería mecánica que cumple con los requisitos de la Industria 4.0 de la mano de un solo proveedor y actúa fiel a su lema: "Cuanto más compleja sea la tarea, más bonito será el desafío". Nordfels ofrece a sus clientes del sector de la automatización un servicio integral que va desde la definición de la idea hasta la creación de eficaces máquinas para fines específicos y con una funcionalidad compleja en los ámbitos de la mecanización, el reconocimiento de piezas, la inspección y control, la clasificación y envasado o el montaje y ensamblaje, sirviéndose para ello de las más modernas soluciones en robótica y mecatrónica.
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