Què és la visió artificial i com pot ajudar?

Entendre com funciona la visió artificial us pot ajudar a determinar si la visió artificial resol problemes d'aplicació específics en la fabricació o el processament.

La gent sovint no entén què pot fer i què no pot fer la visió de màquina (ordinador, artificial) per a una línia de producció o procés. Entendre com funciona pot ajudar la gent a decidir si solucionarà problemes en una aplicació. Aleshores, què és exactament la visió per ordinador i com funciona realment?

La visió artificial és una tecnologia moderna que inclou eines per adquirir, processar i analitzar imatges del món físic per tal de crear informació que pugui ser interpretada i utilitzada per una màquina mitjançant processos digitals.

L'ús de la visió artificial a la indústria

La visió per ordinador fa referència a l'ús d'una o més càmeres per inspeccionar i analitzar objectes automàticament, sovint en un entorn industrial o de fabricació. Les dades resultants es poden utilitzar per controlar processos o activitats de producció.

Aquesta tecnologia automatitza una àmplia gamma de tasques proporcionant a les màquines la informació que necessiten per prendre les decisions adequades per a cada tasca.

L'ús de la visió artificial a la indústria permet l'automatització dels processos de producció, donant lloc a millors resultats de producció mitjançant l'ús del control de qualitat i una major flexibilitat en cada etapa.

Actualment, l'ús de la visió artificial industrial ha millorat significativament els processos de producció. Això ha permès obtenir productes de major qualitat a menors costos i en gairebé tots els àmbits de la indústria, des de l'automoció i l'alimentació, fins a l'electrònica i la logística.

Un ús típic seria una línia de muntatge on la càmera s'activa després de realitzar una operació en una peça que pren i processa una imatge. La càmera es pot programar per comprovar la posició d'un objecte concret, el seu color, mida o forma i la presència de l'objecte.

La visió artificial també pot cercar i descodificar codis de barres de matriu 2D estàndard o fins i tot llegir caràcters impresos. Després de comprovar el producte, normalment es genera un senyal que determina què fer amb el producte a continuació. La peça es pot deixar caure a un contenidor, dirigir-se a un transportador de branques o passar a altres operacions de muntatge, i els resultats de la inspecció es fan un seguiment al sistema.

En qualsevol cas, els sistemes de visió per ordinador poden proporcionar molta més informació sobre un objecte que sensors de posició senzills.

La visió per ordinador s'utilitza habitualment, per exemple, per:

• QA,
• control d'un robot (màquina),
• prova i calibratge,
• control de processos en temps real,
• recopilació de dades,
• vigilància de la màquina,
• classificació i recompte.

Molts fabricants utilitzen la visió per ordinador automatitzada en lloc del personal d'inspecció perquè és més adequat per a inspeccions repetitives. És més ràpid, més objectiu i funciona tot el dia.

Els sistemes de visió per ordinador poden inspeccionar centenars o milers de peces per minut i proporcionar resultats d'inspecció més consistents i fiables que els humans. En reduir els defectes, augmentar els ingressos, facilitar el compliment i fer el seguiment de peces amb visió per ordinador, els fabricants poden estalviar diners i augmentar la seva rendibilitat.

Com funciona la visió artificial

Una fotocèl·lula discreta és un dels sensors més senzills en el camp de l'automatització industrial. El motiu pel qual l'anomenem "discreta" o digital és perquè només té dos estats: encès o apagat.

El principi de funcionament d'una fotocèl·lula discreta (sensor òptic) és transmetre un feix de llum i determinar si la llum és reflectida per un objecte. Si no hi ha cap objecte, la llum no es reflecteix al receptor de la fotocèl·lula. Un senyal elèctric, normalment de 24 V, està connectat al receptor.

Si l'objecte està present, el senyal s'encén i es pot utilitzar al sistema de control per realitzar una acció. Quan s'elimina l'objecte, el senyal es torna a apagar.

Aquest sensor també pot ser analògic. En lloc de dos estats, és a dir. apagat i encès, pot retornar un valor que indiqui quanta llum torna al seu receptor. Pot retornar 256 valors, des de 0 (que significa sense llum) fins a 255 (que significa molta llum).

Imagineu milers de minúscules fotocèl·lules analògiques disposades en una matriu quadrada o rectangular dirigida a un objecte.Això crearà una imatge en blanc i negre de l'objecte en funció de la reflectivitat de la ubicació a la qual apunta el sensor. Els punts d'escaneig individuals d'aquestes imatges s'anomenen "píxels".

Per descomptat, milers de petits sensors fotoelèctrics no s'utilitzen per crear la imatge. En canvi, la lent enfoca la imatge en una matriu de semiconductors de detectors de llum.

Aquesta matriu utilitza matrius de dispositius semiconductors sensibles a la llum com ara CCD (Charge Coupled Device) o CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Els sensors individuals d'aquesta matriu són píxels.

Els quatre components principals d'un sistema de visió per ordinador

Els quatre components principals d'un sistema de visió per ordinador són:

• lents i il·luminació;
• sensor d'imatge o càmera;
• processador;
• una manera de transferir resultats, ja sigui mitjançant una connexió física d'entrada/sortida (I/O) o un altre mètode de comunicació.

La visió per ordinador pot utilitzar l'escaneig de píxels en color i sovint utilitza una gamma molt més gran de píxels. Les eines de programari s'apliquen a les imatges capturades per determinar la mida, el posicionament de les vores, el moviment i la posició relativa dels elements entre si.

Les lents capturen la imatge i la transmeten al sensor en forma de llum. Per optimitzar el sistema de visió per ordinador, la càmera ha d'anar emparellada amb lents adequades.

Tot i que hi ha molts tipus de lents, les lents de distància focal fixa s'utilitzen habitualment en aplicacions de visió per ordinador. Tres factors són importants a l'hora de triar: camp de visió, distància de treball, mida del sensor de la càmera.

La il·luminació es pot aplicar a una imatge de diverses maneres. La direcció d'on prové la llum, la seva brillantor i el seu color o longitud d'ona en comparació amb el color de l'objectiu són factors molt importants a tenir en compte a l'hora de dissenyar un entorn de visió per ordinador.

Tot i que la il·luminació és una part important per obtenir una bona imatge, hi ha altres dos factors que afecten la quantitat de llum que rep una imatge. La lent inclou una configuració anomenada obertura, que s'obre o es tanca per permetre que entri més o menys llum a la lent.

Combinat amb el temps d'exposició, això determina la quantitat de llum que arriba a la matriu de píxels abans que s'apliqui cap il·luminació. La velocitat d'obturació o el temps d'exposició determina quant de temps es projecta la imatge a la matriu de píxels.

En visió per ordinador, l'obturador es controla electrònicament, normalment amb una precisió de mil·lisegons. Després de capturar la imatge, s'apliquen les eines de programari. Alguns s'utilitzen abans de l'anàlisi (preprocessament), d'altres s'utilitzen per determinar les propietats de l'objecte que s'està estudiant.

Durant el preprocessament, podeu aplicar efectes a una imatge per afinar les vores, augmentar el contrast o omplir els buits. L'objectiu d'aquestes tasques és millorar les capacitats d'altres eines de programari.

La visió artificial és una tecnologia que imita la visió humana i permet rebre, processar i interpretar imatges obtingudes durant els processos de producció.Les màquines de visió artificial analitzen i descodifiquen la informació rebuda durant els processos de producció per prendre decisions i actuar de la manera més convenient mitjançant un procés automatitzat. El tractament d'aquestes imatges es realitza mitjançant el programari associat a la màquina, i a partir de les dades obtingudes, és possible continuar els processos i identificar possibles errors a les línies de muntatge.

L'objectiu de la visió per computador

Aquí teniu algunes eines habituals que podeu utilitzar per obtenir informació sobre el vostre objectiu:

• Recompte de píxels: mostra el nombre de píxels clars o foscos de l'objecte.
• Detecció de vora: Trobeu la vora d'un objecte.
• Mesura (metrologia): mesura de les dimensions d'un objecte (p. ex. en mil·límetres).
• Reconeixement de patrons o concordança de patrons: cerca, coincideix o compta patrons específics. Això pot incloure la detecció d'un objecte que es pot girar, ocultar parcialment per un altre objecte o tenir altres objectes.
• Reconeixement òptic de caràcters (OCR): lectura automàtica de textos com ara números de sèrie.
• Lectura de codi de barres, matriu de dades i codi de barres 2D: recopila les dades contingudes en diversos estàndards de codi de barres.
• Detecció de punts: comprova a la imatge si hi ha pegats de píxels interconnectats (com ara un forat negre en un objecte gris) com a punt de referència per a la imatge.
• Anàlisi del color: identificar peces, productes i objectes per color, avaluar la qualitat i destacar elements per color.

L'objectiu de l'obtenció de dades d'inspecció és sovint utilitzar-les per comparar amb valors objectiu per determinar aprovat/fallat o continuar/no continuar.

Per exemple, en escanejar un codi o codi de barres, el valor resultant es compara amb el valor objectiu emmagatzemat. En cas de mesura, el valor mesurat es compara amb els valors i toleràncies correctes.

Quan comproveu un codi alfanumèric, el valor de text OCR es compara amb el valor correcte o objectiu. Per comprovar si hi ha defectes superficials, la mida del defecte es pot comparar amb la mida màxima permesa pels estàndards de qualitat.

Control de qualitat

La visió artificial té un gran potencial a la indústria. S'han utilitzat aquests sistemes de visió artificial en robòtica, ens permet oferir una solució automàtica per a diferents etapes de producció, com ara el control de qualitat o la detecció de productes defectuosos.

El control de qualitat és un conjunt de mètodes i eines que ens permetran identificar errors en el procés de producció, així com prendre les mesures adequades per eliminar-los. Això proporciona un control molt més complet sobre el producte final, assegurant que quan arribi al consumidor compleixi uns estàndards de qualitat específics i establerts.

D'aquesta manera, els productes que no compleixen els requisits mínims de qualitat queden exclosos del procés, eliminant així possibles interrupcions en el procés de producció, això s'aconsegueix realitzant contínuament inspeccions i proves aleatòries.

L'ús del control de qualitat en la producció té una sèrie d'avantatges:

• Augmentar la productivitat;
• Pèrdues materials reduïdes;
• Baixada de preu;
• La millor qualitat del producte final.

Comunicació en visió per computador

Un cop rebuda pel processador i el programari, aquesta informació es pot transmetre al sistema de control mitjançant una varietat de protocols de comunicació estàndard de la indústria.

Els principals sistemes de visió per ordinador sovint admeten EtherNet/IP, Profinet i Modbus TCP. Els protocols sèrie RS232 i RS485 també són habituals.

Sovint, l'E/S digital s'incorpora als sistemes d'actuació i simplifiquen la presentació d'informes de resultats. També hi ha disponibles estàndards de comunicació de visió per ordinador.

Conclusió

Els sistemes de visió artificial tenen una gran varietat d'aplicacions i es poden adaptar a diferents indústries i a les diferents necessitats de cada línia de producció. Avui dia, qualsevol empresa que fabriqui productes amb un cert estàndard pot aprofitar la visió per ordinador com a part del seu procés de fabricació.

Comprendre els principis físics i les capacitats dels sistemes de visió artificial pot ser útil per determinar si aquesta tecnologia és adequada per a un procés de fabricació en un cas particular. En general, sigui el que pugui veure l'ull humà, la càmera ho pot veure (de vegades més, de vegades menys), però descodificar i transmetre aquesta informació pot ser força complexa.