"Cuatro ojos" ven más que dos

Carga y descarga automática de piezas prensadas mediante inspección de contenedores en 3D

Los robots se encargan sin esfuerzo de las tareas más monótonas y repetitivas. Equipados con sistemas de visión artificial altamente fiables, prestan soporte visual a los operarios. Estos robots se utilizan en procesos de aseguramiento de la calidad para tareas de inspección de piezas, en el montaje y posicionamiento de componentes y en la detección de fallos y desviaciones en los procesos de producción, contribuyendo así a aumentar la eficiencia de líneas enteras de fabricación. Un fabricante de automóviles aprovecha esta tecnología para optimizar el tiempo de ciclo de sus líneas de prensas. La empresa VMT Vision Machine Technic Bildverarbeitungssysteme GmbH, con sede en Mannheim, Alemania, ha desarrollado junto con este fabricante el sistema robotizado de medición 3D "FrameSense" para la carga y descarga totalmente automatizadas de contenedores. Este sistema permite introducir o extraer piezas de los contenedores de forma segura y precisa. Cuatro cámaras Ensenso 3D de IDS Imaging Development Systems GmbH se encargan de proporcionar los datos fundamentales para automatizar estos procesos.

Aplicación

El flujo de trabajo que FrameSense busca automatizar forma parte de una compleja cadena de procesos. La pieza que sale de la máquina —en este caso, una prensa— se desliza por una cinta transportadora hasta un contenedor, donde se apila junto con las demás piezas. Cuando el contenedor está lleno se transporta a la siguiente fase de producción, por ejemplo, el ensamblaje de las piezas en el vehículo.

Hasta ahora eran los operarios los que se encargaban de introducir las piezas en los contenedores. Esta tarea, aparentemente sencilla, es más compleja de lo que podría parecer a primera vista. Además de la maniobra de carga en sí, es necesario determinar de antemano el espacio libre adecuado para colocar la pieza. Al mismo tiempo, hay que eliminar cualquier factor distorsionante, como los enclavamientos, y realizar una comprobación general de la caja receptora para detectar cualquier fallo. A partir de ahora, está previsto que estas tareas las realice un robot dotado de visión artificial: todo un reto tecnológico teniendo en cuenta que los contenedores proceden de distintos fabricantes, son de distintos tipos y, por tanto, varían en parte en las dimensiones.

Piezas colocadas con precisión milimétrica en los peines de los contenedores
Para colocar las piezas en los peines de los bastidores los robots tienen que trabajar con una precisión milimétrica

Comprobación de tipo, forma y posición con ayuda de cuatro cámaras 3D

Por lo tanto, para posibilitar una carga y descarga totalmente automática es necesario determinar la posición de varias características relevantes de los contenedores para la denominada "corrección multivectorial" de los robots. Esto implica básicamente comprobar el tipo, la forma y la posición de cada contenedor para garantizar una trayectoria del robot de carga fiable y exenta de colisiones. Todo ello debe integrarse sin fisuras en el flujo de procesos de producción existente. Hay que eliminar cualquier retardo y colocar las piezas con una precisión milimétrica.

Para ello, VMT utiliza cuatro cámaras 3D por sistema. Cada uno de los cuatro sensores registra una parte del campo visual total. Este campo visual puede abarcar dos contenedores de aproximadamente 1,5 x 2 x 1,5 metros (Pr x An x Al) cada uno. Siempre hay dos cámaras mirando a un mismo contenedor. De este modo se obtienen datos desde dos perspectivas diferentes, lo cual incrementa la cantidad de información de la nube de puntos 3D. Estas nubes de puntos generadas por los cuatro sensores se combinan entre sí para facilitar la evaluación subsiguiente. Las características relevantes del contenedor se registran en la nube de puntos global en las llamadas "regiones de interés" (ROI, por sus siglas en inglés). Para generar un registro se determina exactamente la posición de una característica a partir de un modelo en los 6 sentidos de movimiento. Otras ROI se centran en la localización de contornos anómalos que podrían provocar colisiones durante el proceso de carga. Por último, la imagen global se compara con un modelo de referencia predefinido. De este modo se puede comprobar el estado y la posición de los contenedores de forma simultánea y totalmente automatizada, incluidos contenedores deformados o inclinados. Toda esta información también se registra para ser utilizada en un sistema de gestión de la calidad que permite realizar un seguimiento del estado de los contenedores. La calibración y consolidación de los datos de medición y su posterior evaluación se llevan a cabo en un IPC (ordenador industrial) independiente dotado de una pantalla, elementos de mando y conexión con la unidad de control central del robot correspondiente.

La finalidad principal del sistema de procesamiento de imágenes es la corrección multivectorial de los robots. Esta corrección permite al robot colocar la pieza en la siguiente posición adecuada posible. El sistema también emite mensajes de error cuando detecta contornos u objetos anómalos que pueden impedir el correcto llenado del contenedor. Con ayuda de los datos recopilados pueden detectarse contenedores dañados y en mal estado para ser apartados. El procesamiento de imágenes se lleva a cabo en su integridad en el software de procesamiento de imágenes MSS (Multi Sensor Systems) desarrollado por VMT. FrameSense está diseñado para garantizar un manejo fácil e intuitivo y se puede reconfigurar in situ para adaptarse a otra tipología de piezas.

Visualización y evaluación de los datos medidos por FrameSense
Visualización y evaluación de los datos de medición

"A la hora de elegir el modelo de cámara tuvimos muy en cuenta la potencia y la resolución del proyector, junto con la rapidez de procesamiento de los datos. La instalación en una carcasa fija también fue un criterio determinante."

— Andreas Redekop, jefe de proyecto y director tecnológico de VMT —
Un potente proyector proyecta texturas de alto contraste sobre el objeto a capturar
Con ayuda de un potente proyector, la Ensenso C proyecta texturas de alto contraste sobre el objeto a capturar

Robusto sistema de cámaras 3D

VMT ha apostado de entrada por el modelo X36 de la serie de cámaras Ensenso 3D. La nueva versión de FrameSense, no obstante, estará equipada con el modelo Ensenso C. Las razones del cambio son principalmente el mejor rendimiento del proyector —gracias a una nueva técnica de proyección—, así como la mayor velocidad a la hora de registrar las imágenes. Además, la Ensenso C permite trabajar con un volumen de medición más grande, un criterio importante para FrameSense, ya que el robot solo se puede acercar a los contenedores hasta una distancia determinada. Las especificaciones de la Ensenso C cumplen, por tanto, exactamente los requisitos establecidos por VMT, tal y como explica Andreas Redekop, jefe de proyecto y director tecnológico de VMT: "A la hora de elegir el modelo de cámara tuvimos muy en cuenta la potencia y la resolución del proyector, junto con la rapidez de procesamiento de los datos. La instalación en una carcasa fija también fue un criterio determinante."

La Ensenso C responde a los retos actuales del sector de la automatización y la robótica. En comparación con otros modelos Ensenso, proporciona información tanto en 3D como en el modelo de color RGB. De este modo los clientes pueden disponer de datos gráficos todavía más relevantes. La carcasa del robusto sistema de cámaras 3D cumple los requisitos de la clase de protección IP65/67. Ofrece una resolución de 5 MP y está disponible actualmente con distancias coaxiales de hasta 455 mm aproximadamente. Esto significa que pueden registrarse con total fiabilidad incluso objetos de gran tamaño. Se trata de un modelo de cámara rápido y fácil de usar pensado principalmente para aplicaciones de gran volumen, por ejemplo, en el ámbito de las tecnologías médicas, la logística o la automatización de plantas de producción.

Las cuatro cámaras Ensenso C instaladas encima de los contenedores apilables registran sus contornos
Cuatro cámaras Ensenso C registran los contornos de los contenedores apilables

Perspectiva

Gracias a la carga y descarga automática de contenedores y a la inspección integrada de contenedores en 3D, FrameSense permite automatizar tareas manuales repetitivas. En un contexto de escasez de mano de obra cualificada, el sistema puede contribuir decisivamente a la automatización de procesos industriales, entre otros en el sector de la automoción, dando respuesta así a los retos a los que se enfrenta la industria. La cámara Ensenso C es una pieza fundamental para la generación de datos relevantes y aporta un valor añadido que supera los requisitos de muchas aplicaciones. Lukas Neumann, del departamento de Gestión de producto, lo explica así: "La potencia del proyector y la elevada resolución de los sensores son prestaciones especialmente importantes en el ámbito de la intralogística. Tenemos que poder agarrar las piezas de forma precisa a gran distancia y con grandes volúmenes de medición". Para otras aplicaciones de logística clásica, como el desapilado o el bin-picking, Neumann podría imaginarse una cámara similar, con un proyector potente y una captura rápida de imágenes, aunque con menor resolución.

Los robots "con ojos" tienen, por tanto, un largo recorrido por delante en el ámbito de la automatización.

Ensenso C: Visión 3D en color

Modelo utilizado: Ensenso C57-8-M

Familia de cámaras: Ensenso C

Cámara industrial IDS Ensenso C

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