El sistema multicámara con IA y trazabilidad sin fisuras no deja ninguna posibilidad de que se produzcan defectos en los productos

Sin embargo, los requisitos son elevados: Para cumplir las estrictas normas de garantía de calidad de la industria automovilística, incluso las geometrías de componentes complejas deben inspeccionarse a altas velocidades de proceso y con la máxima precisión y fiabilidad. Las fluctuaciones en la detección, una trazabilidad insuficiente de los números de serie o lotes individuales y los problemas derivados de las cambiantes condiciones ambientales pueden provocar costosos errores, paradas de producción y reclamaciones.

VIVALDI Digital Solutions GmbH ha desarrollado una solución ejemplar e innovadora para la inspección de la calidad de la IA en tiempo real. Además de un servidor periférico con procesador Intel, el procesamiento inteligente de imágenes desempeña un papel fundamental en la denominada SensorBox. Diseñadas para un proveedor de la industria del automóvil y su centro de producción en la República Checa, hasta 70 cámaras USB3 uEye+ XC autofocus de IDS Imaging Development Systems realizan la inspección visual automática para la inspección de superficies en varias células de inspección.

"Las cámaras IDS integradas en las celdas de ensayo captan imágenes de alta resolución de la superficie de los componentes de aluminio de los OEM alemanes, en este caso un motor eléctrico", afirma Uwe Siegwart, Director General de Vivaldi, explicando la tarea de la cámara. Las imágenes capturadas se preprocesan para optimizar factores como la exposición, el balance de blancos y la corrección del color. La IA reconoce diversos defectos de la superficie, como arañazos, poros o suciedad. "En la planta de la República Checa hay requisitos muy estrictos. Según el catálogo de defectos, deben detectarse con fiabilidad defectos a partir de 0,2 milímetros. El tiempo de ensayo por componente no debe superar los 36 segundos", explica Uwe Siegwart los estrictos requisitos. Hasta 2.400 carcasas de motores eléctricos al día se comprueban de forma 100% automática con el sistema implantado con éxito.

¿Por qué eligió el especialista en IA la cámara uEye XC de IDS?

"Además de la interfaz con el controlador de levas de desarrollo propio y el tamaño compacto, también influyeron la gama de funciones de los sensores y, por supuesto, el precio debido al número de cámaras necesarias", afirma Eike Humpert, del departamento de Desarrollo Empresarial de Vivaldi. "El factor decisivo fue que la cámara autofocus puede captar varias superficies a diferentes distancias de la cámara". Esto simplifica enormemente el proceso de pruebas y garantiza una mayor eficacia y flexibilidad. Se trata de un factor decisivo cuando, por ejemplo, hay que probar distintas variantes de componentes. Con el objetivo macro acoplable, la distancia mínima al objeto de la cámara también se puede acortar muy fácilmente.

El sensor CMOS AR1335 de 13,10 megapíxeles de onsemi, con el que está equipada la compacta uEye+ XC, también obtiene una excelente puntuación en este apartado. El sensor rolling shutter a color (4200 x 3120 px, tamaño de píxel 1.1µm) entrega 20,0 imágenes por segundo y registra hasta el más mínimo detalle. "La tecnología de píxeles BSI permite al sensor ofrecer resultados precisos y fiables, incluso en condiciones de luz cambiantes", explica Jürgen Hejna, Product Owner de cámaras 2D en IDS. Su excelente rendimiento con poca luz y el mínimo ruido de píxel no son las únicas razones por las que resulta especialmente adecuada para esta aplicación. "El zoom digital 24x, combinado con el balance de blancos automático y la corrección precisa del color, contribuyen significativamente al éxito de este exigente procedimiento de prueba", subraya Jürgen Hejna. Con unas dimensiones de sólo 32 x 61 x 19 milímetros, la cámara es compacta, robusta a pesar de su poco peso y absolutamente adecuada para uso industrial. El experto en cámaras 2D menciona otro punto a favor: "Los componentes utilizados aquí se caracterizan por su larga disponibilidad, uno de los requisitos más importantes de las soluciones para la industria del automóvil".

Integración sencilla y máximo rendimiento con la ayuda de IDS peak

"Para aprovechar plenamente las ventajas mencionadas de las cámaras IDS a través de USB3.0, confiamos en IDS peak. El SDK proporcionado por IDS nos permite integrar perfectamente los protocolos de transporte de IDS Vision en nuestro código", explica Uwe Siegwart. Con el potente software IDS peak, la cámara industrial con USB3 Vision pudo programarse específicamente para esta aplicación. "Utilizamos una API REST que genera imágenes con IDS peak a través del protocolo de transporte IDS USB3 Vision. Gracias a IDS USB3 Vision, disponemos de un ancho de banda de 5 Gbit/s o más a través de USB3.0, frente a la alternativa con el controlador Video4Linux, en la que la velocidad de transferencia a través de USB2.0 se limitaría a 480 Mbit/s", añade Uwe Siegwart. La ventaja resultante: resoluciones más altas y tiempos de transmisión más cortos gracias al mayor ancho de banda.

Análisis asistidos por IA y control síncrono de la cámara a través del servidor periférico

La tarea de procesamiento simultáneo de imágenes es compleja y los retos son múltiples. Las piezas de aluminio suelen tener superficies muy brillantes que reflejan la luz y, por tanto, influyen mucho en las imágenes. Estos reflejos dificultan el reconocimiento fiable de defectos como arañazos, pasadas por frío, marcas de vibración o irregularidades de la superficie, ya que a menudo quedan oscurecidos o distorsionados por los reflejos de la luz. Además, en el caso de las piezas de aluminio, las superficies sin tratar suelen tener un aspecto diferente cada vez. Las zonas en las que no se ha realizado ningún tratamiento muestran estructuras y matices de color diferentes, pero no deben confundirse con auténticos defectos. Por tanto, el tratamiento de imágenes basado en IA debe ser capaz de distinguir con precisión entre la estructura normal del material y las zonas en bruto reales de las superficies que se van a procesar y que se consideran defectos.

El procesamiento de imágenes también se ve dificultado por las condiciones ambientales de las naves de producción. Factores como la calidad del aire, sobre todo debido a la mezcla de lubricantes refrigerantes, pueden afectar a la claridad y nitidez de las imágenes. Además, hay fluctuaciones de temperatura y vibraciones provocadas tanto por la mecánica de la propia caja como por otras máquinas cercanas. Estas vibraciones pueden provocar imágenes borrosas o desviaciones de posición, lo que dificulta aún más la detección de fallos.

Para superar estos retos fue necesaria una coordinación precisa de los sistemas de procesamiento de imágenes. La iluminación, la posición de la cámara y los algoritmos de evaluación de imágenes se han adaptado para minimizar los reflejos e interpretar correctamente las diferencias de materiales. Al mismo tiempo, el sistema es lo suficientemente robusto como para compensar las interferencias de los factores ambientales y ofrecer resultados fiables de forma constante. Los componentes defectuosos deben poder ser sustituidos rápida y fácilmente por el propio equipo de mantenimiento del cliente.

"El tratamiento de imágenes se realiza a través de una infraestructura optimizada. Se pueden conectar hasta ocho cámaras por concentrador USB, lo que permite la grabación simultánea de varias zonas de inspección. Un máximo de dos de estos concentradores USB están conectados a un "controlador de levas" de desarrollo propio, que agrupa y procesa las señales de imagen. Varios controladores de levas están conectados en red con el servidor edge. Este servidor no sólo calcula los análisis asistidos por IA, sino que también se comunica directamente con el controlador del sistema, que coordina el disparo de las cámaras y garantiza la grabación sincronizada".

Paso a paso hacia la inspección final automatizada

Muchas empresas siguen mostrándose reacias a introducir nuevas tecnologías basadas en la IA. El proceso de Vivaldi no sustituye directamente al control de calidad existente. "En las primeras 8 o 12 semanas aproximadamente, la inspección final manual clásica se lleva a cabo como antes y con el apoyo de nuestro módulo vCHECK", explica Eike Humpert. Esto significa que el inspector final ya no documenta los defectos manualmente mediante listas o fichas de defectos, sino que los marca digitalmente en las imágenes individuales (de detalle). Para ello, en el puesto de control final se dispone de una interfaz digital a través de un PC táctil. El inspector final localiza el defecto en la imagen y lo clasifica según un catálogo de defectos predefinido.

Esto tiene dos ventajas: En primer lugar, se introduce al inspector final en la inspección final digital paso a paso y se le acostumbra a trabajar mano a mano con Vivaldi. En segundo lugar, las imágenes etiquetadas de productos con marcado de error y clasificación se utilizan para entrenar la IA. Además, se utilizan imágenes de productos existentes para la formación, por ejemplo, piezas defectuosas reconocidas del pasado que se documentan como parte del proceso de reclamaciones.

"Combinando la inspección de superficies manual y la automatizada, podemos lograr una tasa de error inferior al uno por ciento, incluso con grandes cantidades", subraya Eike Humpert. Al mismo tiempo, este enfoque permite entrenar continuamente a la IA. El usuario tiene un control constante sobre el alcance de las comprobaciones y controles de la IA.

Siempre en el punto de mira: Reconocimiento de imágenes en tiempo real combinado con el almacenamiento de información para la trazabilidad

Con la implantación de CamBox en combinación con cámaras industriales USB3 de alto rendimiento, se ha logrado un avance decisivo en la garantía de calidad. Esta tecnología permite realizar ensayos de componentes estables y de alta precisión, incluso a velocidades de proceso extremadamente altas. La calidad de las detecciones se mantiene constante, sin fluctuaciones.

Una ventaja decisiva es la detección fiable, incluso si cambian las condiciones ambientales individuales. Las fluctuaciones de iluminación, temperatura u otras influencias externas no afectan a la precisión de la prueba. Gracias a la posibilidad de analizar simultáneamente varias características de inspección, la eficacia de los procesos de inspección aumenta considerablemente.

Otra característica destacada es el almacenamiento automático de imágenes para cada número de serie individual, que garantiza la trazabilidad completa de los datos de proceso y calidad. Esto significa que los resultados de las pruebas pueden rastrearse y documentarse en cualquier momento, un factor decisivo para garantizar la calidad en una de las industrias más exigentes del mundo. "La gente debe seguir teniendo la última palabra", afirma Uwe Siegwart. "Todo tiene que cumplir las estrictas directrices de control de calidad de los fabricantes de equipos originales. El ciclo de vida completo del valor añadido de cada componente debe documentarse a prueba de auditorías. Esto significa qué pieza estaba en qué sistema y cuándo, y se probó con qué equipo de pruebas y con qué resultados". El sistema Vivaldi garantiza todo esto:

Las ventajas de un solo vistazo:

• Pruebas de componentes estables incluso a altas velocidades de proceso
• Detección fiable sin fluctuaciones
• Detección fiable a pesar de los cambios individuales en las condiciones ambientales
• Inspección simultánea de varias características de inspección
• Almacenamiento automático de imágenes para una trazabilidad completa
• Fácil mantenimiento de los componentes
• Trazabilidad a nivel de componentes (datos de proceso y calidad)

"Nuestra tecnología es flexible y la plataforma es escalable. Está optimizada para la tecnología más avanzada y puede integrarse perfectamente en una amplia gama de procesos de fabricación", explica Uwe Siegwart. "Gracias a la escalabilidad de la solución, empresas de muy diversos sectores pueden adaptar su control de calidad a las necesidades individuales." El tratamiento inteligente de los datos de proceso y calidad permite reconocer las fuentes de error en una fase temprana, lo que conduce a la mejora continua de los procesos fundamentales de las empresas manufactureras.

"La adquisición digitalizada de datos de calidad en tiempo real y su vinculación con otros parámetros de producción no sólo aumenta la eficacia, sino que también reduce significativamente los rechazos y las repeticiones. Se minimizan los errores, se reducen los costes y se optimizan los procesos de producción". El sistema ya ha dado sus frutos en la República Checa: El número de reclamaciones anuales se ha reducido en dos tercios y el número de defectos superficiales no reconocidos incluso se ha reducido a cero.