Sistemas de Visión Artificial en la Industria

Por: Salvador Giró – Grupo Infaimon
ISA InTech México,
Edición Abril – Junio 2008.

Sensores de Visión, Cámaras Inteligentes y Sistemas de Visión Avanzados: Distintas alternativas de la Visión Artificial para resolver aplicaciones de control de calidad y producción en la industria.

La visión artificial está siendo una herramienta fundamental para resolver los problemas de control de procesos de fabricación en continuo y para la ayuda en la producción en los procesos de automatización industrial. El creciente interés en esta metodología ha llevado a los fabricantes de estos productos a desarrollar diferentes sistemas con prestaciones y precios apropiados, para resolver con mayor efectividad las distintas aplicaciones.

Los sistemas de visión artificial se pueden dividir en tres categorías: Sensores de Visión, Cámaras Inteligentes, y Sistemas de Visión. En este artículo se tratará de diferenciar estos sistemas, aunque en muchas ocasiones la línea que separa el límite entre ellos es muy difícil de trazar. Es más, con la creciente miniaturización e incremento de potencia de los procesadores, este límite empieza a ser imposible de establecer.

SENSORES DE VISIÓN

En general los sensores de visión tienen más prestaciones, complejidad y mayor precio que los tradicionales sensores fotoeléctricos, pero menor que las cámaras inteligentes, los sistemas de visión integrados o los sistemas de visión basados en PC. De hecho, los sensores de visión pueden hacer la labor de múltiples sensores fotoeléctricos, sin embargo mientras los sistemas de visión proporcionan datos, los sensores de visión proporcionan resultados de paso/fallo.

Comparado con otros sistemas de visión, el sensor de visión incluye la funcionalidad para su fácil puesta en marcha, acostumbra a tener un tamaño muy reducido y tiene menor potencia de cálculo y menor coste. Los sensores de visión artificial tienen un precio que se sitúa entre los 1000 y los 2000 USD.

Este tipo de sensores están orientados al mercado de cliente final, y se supone que el propio cliente puede instalarlo, sin ayuda de ninguna ingeniería y sin necesidad de una puesta a punto por parte de terceros. Los sensores de visión están pensados para resolver problemas concretos y fáciles, y para ser manejados de forma muy sencilla, incluso por personal no especializado en visión. Para que sean más fáciles de manejar, se les han eliminado muchas funciones que incorporan los sistemas de visión más avanzados, reduciendo de esta manera su complejidad. En la mayoría de ocasiones un botón de aprendizaje es el único mecanismo que tiene el operador para controlarlo y un sistema de paso/fallo es la única salida disponible. Mientras esto simplifica enormemente su funcionamiento, al mismo tiempo se reduce las posibles aplicaciones a resolver por estos sensores. Además, dada la limitada potencia de su hardware, no son capaces de procesar más que algunas piezas por segundo.

Los programas que se incluyen en los sensores de visión no pueden modificarse. No requieren de un PC, para procesar la imagen o enviar resultados a un PLC o a otro elemento de control. Los sensores de visión con su puesta en marcha fácil y rápida han abierto un nuevo espacio en las aplicaciones, donde la visión se trata como otro componente estándar en el control de procesos industriales.

Normalmente los sensores de visión resuelven un problema concreto como: leer un código de barras o matriz, verificar un color, identificar presencia o ausencia… Estos sensores están rompiendo la barrera entre los sensores de medida industrial y los sistemas de visión artificial, creando un lazo de continuidad entre ambos mundos.

La industria del automóvil se está beneficiando especialmente de los nuevos sensores y sistemas de visión, en parte debido a su reducción en precio y a su fácil manejo. Procesos de envase y embalaje se han beneficiado también de estas ventajas, de hecho cualquier industria que requiera de marcaje por código de barras 1 D y/o 2D, puede ser susceptible de utilizar esta tecnología.

CÁMARAS INTELIGENTES Y SISTEMAS INTEGRADOS

Las cámaras inteligentes y los sistemas de visión integrados son un paso adelante con respecto a los sensores de visión. Aunque son de fácil utilización incorporan mayor potencia de cálculo, mayor resolución y están abiertas a múltiples tipos de aplicaciones.

Las cámaras inteligentes incluyen, en un reducido espacio, el sensor de captura, la memoria de almacenamiento, el procesador y los mecanismos de entrada y salida, todo en uno. Sin embargo, habitualmente requieren de una placa de entrada/salida adicional para que puedan conectarse al resto de sistemas de automatización de una factoría. Su diseño suele ser muy robusto, para poder soportar los ambientes típicamente agresivos de los entonos industriales.

Los sistemas de visión integrados difieren relativamente de las cámaras inteligentes, en que el sensor y la memoria de la cámara se sitúa en un cabezal remoto de muy reducido tamaño y e l procesador, las entradas/salidas y la conexión con el resto del entono de industrial se sitúan en un elemento de dimensiones reducidas, que puede colocarse junto a otros elementos de automatización. Una de las ventajas que presenta esta tecnología con respecto a las cámaras inteligentes tradicionales es que, con un solo elemento de proceso, se pueden conectar varios cabezales de visión remotos, reduciendo el coste en aplicaciones donde se requieran varias tomas de la misma pieza.

Tanto las cámaras inteligentes, como los sistemas integrados, pueden incluir sensores CCD/CMOS de muy alta definición, tanto en monocromo como en color. Ambos sistemas incluyen potentes programas, que permiten resolver la mayoría de aplicaciones de visión sin necesidad de saber programar, y solo utilizando interfaces graficas de usuario de fácil configuración. La potencia de cálculo de estos sistemas es suficientemente para poder resolver la mayoría de aplicaciones de visión industrial. Los precios de estos sistemas se sitúan alrededor de los 3.000 USD en las configuraciones más básicas, pudiendo alcanzar precios bastante más elevados en configuraciones multicámara de alta resolución.

Aunque la mayor parte de estos sistemas acostumbran a llevar integrado un software de fácil manejo, existen algunos fabricantes que comercializan la cámara o sistema de visión con la opción de que cada usuario pueda integrar en ella su propio software. Esto es especialmente interesante para integradores de sistemas y/o fabricantes de maquinaria que diseñan sus propias aplicaciones con software especializado para su aplicación.

SISTEMAS DE VISIÓN AVANZADOS

La tecnología es similar a la de los sistemas integrados de visión pero tienen mayor potencia en su hardware y mayor número de funciones en su software. Este tipo de sistemas está dirigido a aplicaciones de muy alta complejidad, especialmente a los sistemas de visión que se integran en la maquinaria que fabrican los OEM.

Estos sistemas están diseñados para resolver aplicaciones complejas, pueden estar integrados por cámaras de muy alta resolución o velocidad, matriciales o lineales, acostumbran a incluir varias cámaras en el mismo sistema y requieren una gran potencia de cálculo, con el fin de poder asumir aplicaciones, en las que se requieran una gran cadencia de fabricación y un importante número de elementos a analizar en cada imagen. Es habitual que estos sistemas estén basados en plataformas tipo PC Industrial de alto rendimiento. El software que se incluye en estos sistemas acostumbran a ser librerías de programación de alto nivel y el usuario, habitualmente, desarrolla sus propios programas basados tanto en las librerías proporcionadas por el fabricante, como en software de diseño propio.

Los precios de estos sistemas pueden variar en gran manera dependiendo de la complejidad de la aplicación.

CONCLUSIONES

Todos los sistemas de visión tienen componentes comunes: iluminación, ópticas, elementos de captura, procesadores, software de visión y sistemas de comunicación con el entorno industrial. La diferencia entre los sistemas de bajo coste y los sistemas completos es el nivel de integración y las prestaciones, no la funcionalidad.

Se puede concluir que mientras los sensores de visión aprenden por ellos mismos, las cámaras inteligentes y los sistemas integrados se configuran y los sistemas de altas prestaciones se programan.

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