La visión artificial comprende el uso de la visión artificial para todas las aplicaciones industriales y no industriales. Mientras que la visión artificial se ocupa principalmente del procesamiento de imágenes a nivel de hardware, la visión artificial requiere E/S (entrada/salida) de hardware adicional y redes informáticas para transmitir datos generados por otros componentes del proceso, como un brazo robótico.
La inspección de productos como microprocesadores, automóviles, alimentos y productos farmacéuticos es uno de los usos más comunes de la visión artificial. Los sistemas de visión artificial se utilizan cada vez más para resolver problemas de inspección industrial, lo que permite la automatización completa del proceso de inspección al tiempo que mejora la precisión y la eficiencia.
Los dispositivos son guiados en la ejecución de sus funciones en base a la captura y procesamiento de imágenes mediante la combinación de hardware y software. La visión por computadora industrial utiliza muchos algoritmos y enfoques similares a los de las aplicaciones de visión por computadora académicas/educativas y gubernamentales/militares, pero existen algunas diferencias.
Los componentes principales de un sistema de visión artificial incluyen la iluminación, la lente, el sensor de imagen, el procesamiento de la visión y las comunicaciones. La iluminación ilumina la pieza a inspeccionar, lo que permite que sus características se destaquen para que la cámara pueda verlas. La lente captura la imagen y la presenta al sensor en forma de luz. El sensor de una cámara de visión artificial convierte esta luz en una imagen digital enviada al procesador para su análisis.
La mayoría de los componentes de hardware de visión artificial, como módulos de iluminación, sensores y procesadores, son COTS comerciales. Los sistemas de visión artificial se pueden ensamblar desde COTS o comprar como un sistema integrado con todos los componentes en un solo dispositivo.
Esta publicación explorará varios componentes clave de un sistema de visión artificial, que incluyen iluminación, lentes, sensor de visión, procesamiento de imágenes y comunicaciones.
1. Iluminación
El factor más importante para lograr resultados exitosos de visión artificial es la iluminación. Los sistemas de visión artificial generan imágenes analizando la luz reflejada de un objeto en lugar de sí mismo. Una técnica de iluminación implica la colocación de una fuente de luz en relación con la parte y la cámara. Una imagen se puede mejorar utilizando una técnica de iluminación específica. Al perfilar una parte, se oscurecen los detalles de la superficie para permitir la medición de sus bordes; por ejemplo, elimina algunas funciones y mejora otras.
- Contraluz: La retroiluminación mejora el contorno de un objeto para aplicaciones que solo requieren mediciones externas o de bordes. La retroiluminación ayuda a detectar formas y mejora la precisión de las mediciones dimensionales.
- Iluminación difusa axial: Desde el lateral, la iluminación difusa axial acopla la luz al camino óptico (coaxialmente). La luz se proyecta hacia abajo sobre la pieza mediante un espejo semitransparente iluminado desde un lado. La pieza refleja la luz hacia la cámara a través de un espejo semitransparente, lo que da como resultado una imagen que está muy uniformemente iluminada y tiene una apariencia uniforme.
- luz estructurada: La luz estructurada ocurre cuando un patrón de luz (plano, cuadrícula o forma más compleja) se proyecta sobre un objeto en un ángulo específico. Puede ser útil para inspecciones de superficies independientes del contraste, adquisición de datos dimensionales y cálculos de volumen.
- Iluminación de campo oscuro: Los defectos de la superficie se revelan más fácilmente con iluminación direccional, incluida la iluminación de campo claro y de campo oscuro. Para aplicaciones de bajo contraste, generalmente se prefiere la iluminación de campo oscuro. La luz especular se refleja lejos de la cámara en la iluminación de campo oscuro, mientras que la luz difusa de la textura de la superficie y los cambios de elevación se reflejan en la cámara.
- Iluminación de campo claro: Las aplicaciones de alto contraste se benefician de la iluminación de campo claro. Las fuentes de luz altamente direccionales, como el halógeno de cuarzo y el sodio de alta presión, pueden, por otro lado, producir sombras nítidas y no proporcionar una iluminación uniforme en todo el campo de visión. Como resultado, para proporcionar una iluminación uniforme en el campo claro, los puntos calientes y los reflejos especulares en superficies brillantes o reflectantes pueden necesitar una fuente de luz más difusa.
- Iluminación de cúpula difusa: La iluminación difusa del domo brinda la iluminación más uniforme de las características importantes mientras enmascara las irregularidades que pueden distraer la escena.
- iluminación estroboscópica: En aplicaciones de alta velocidad, la iluminación estroboscópica se utiliza para congelar objetos en movimiento para su examen. También se puede evitar la borrosidad usando una luz estroboscópica.
2. Lentes
La imagen es capturada por la lente y enviada al sensor de imagen de la cámara. La calidad óptica y el precio de las lentes varían, y la calidad y resolución de la imagen capturada están determinadas por la lente utilizada. En la mayoría de las cámaras con sistema de visión, hay dos tipos de lentes: lentes intercambiables y fijas. Las monturas de lentes intercambiables más comunes son las monturas C y CS. Usar la combinación correcta de lente y extensión producirá la mejor imagen. El enfoque automático, ya sea una lente ajustada mecánicamente o una lente líquida que puede enfocar la pieza automáticamente, se usa normalmente en un sistema de visión independiente con una lente fija. Las lentes de enfoque automático suelen tener un campo de visión fijo a una distancia determinada.
3. Sensor de imagen
La capacidad de la cámara para capturar una imagen adecuadamente iluminada del objeto inspeccionado depende no solo de la lente sino también del sensor de imagen. Para convertir la luz (fotones) en señales eléctricas, los sensores de imagen suelen utilizar dispositivos de carga acoplada (CCD) o tecnología complementaria de semiconductores de óxido de metal (CMOS) (electrones). La función principal del sensor de imagen es capturar la luz y convertirla en una imagen digital manteniendo un equilibrio de ruido, sensibilidad y rango dinámico. La imagen está formada por píxeles.
La poca luz crea píxeles oscuros, mientras que los píxeles brillantes se crean con luz brillante. Es fundamental asegurarse de que la cámara tenga la resolución de sensor correcta para el trabajo. Cuanto mayor sea la resolución, más detalles y medidas precisas tendrá una imagen. El tamaño de la pieza, las tolerancias de inspección y otros parámetros dictarán la resolución requerida.
4. Procesamiento de la visión
El procesamiento es el proceso de extraer datos de una imagen digital y puede ocurrir de forma externa en un sistema basado en PC o internamente en un sistema de visión independiente. El software se compone de varios pasos de procesamiento. El sensor se utiliza primero para obtener una imagen. En algunos casos, es posible que se requiera un procesamiento previo para optimizar la imagen y garantizar que todas las funciones necesarias estén visibles. Luego, el software localiza las características únicas, realiza mediciones y las compara con la especificación.
Finalmente, se llega a una decisión y se comparten los resultados. Si bien muchos componentes físicos de un sistema de visión artificial (como la iluminación) tienen especificaciones similares, los algoritmos los distinguen. Al comparar soluciones, deben estar en la parte superior de la lista de prioridades. El software de visión configura los parámetros de la cámara, toma la decisión de aprobación o falla, se comunica con la planta de producción y admite el desarrollo de HMI, según el sistema o la aplicación.
5. Comunicaciones
Debido a que los sistemas de visión utilizan con frecuencia una variedad de componentes listos para usar, estos componentes deben coordinarse y conectarse rápida y fácilmente con otros elementos de la máquina. Por lo general, esto se logra enviando señales de E/S discretas o datos a través de una conexión en serie a un dispositivo que registra o usa información. Los puntos de E/S discretos se pueden conectar a un controlador lógico programable (PLC), que luego puede usar los datos para controlar una celda de trabajo, un indicador como una pila de luces o directamente a un solenoide que puede activar un mecanismo de rechazo.
Se puede usar una salida en serie RS232 tradicional o Ethernet para comunicar datos a través de una conexión en serie. Algunos sistemas utilizan un protocolo industrial de nivel superior, como Ethernet/IP, que se puede conectar a un dispositivo como un monitor u otra interfaz de operador para proporcionar una interfaz de operador específica del proceso para monitorear y controlar fácilmente el proceso.