INTRODUCCIÓN A LOS SENSORES DE VISIÓNUn caso para automatización con visión artificial

Tipos de sensores ................................................. 4

Sensores de visión: una clase aparte ................. 5

Sensores de visión vs. sistemas de visión ......... 7

Componentes del sensor de visión ..................... 7

Resolviendo aplicaciones con sensores de visión ................................................. 8

Herramientas de visión ......................................... 8

Elegir una solución con sensores de visión ..... 10

Conclusión .............................................................. 11

La diferencia Cognex............................................. 11

TABLA DE CONTENIDO

2 Introducción a los sensores de visión

De los billones de productos manufacturados e inspeccionados cada día, pocos podrían hacerse sin algún nivel de automatización industrial. La fabricación moderna exige altos estándares de control de calidad. La inspección manual es lenta, propensa a errores y limitada por el tamaño del producto, de espacio, condiciones de iluminación y las rápidas velocidades de la línea de producción. La inspección automatizada, por el contrario, maximiza el rendimiento, aumenta la calidad y reduce los costos de fabricación.

La mayoría de los fabricantes utilizan equipos automatizados como sensores, porque son adecuados para tareas de inspección repetitivas. Los sensores son más rápidos, más objetivos y trabajan continuamente. Pueden inspeccionar cientos o incluso miles, de piezas por minuto, proporcionando resultados de inspección más consistentes y confiables.

Pero no todos los sensores son creados iguales. Los sensores fotoeléctricos de bajo costo, pueden realizar solo un número limitado de tareas simples, como la verificación de la posición y el conteo básico. No pueden distinguir entre patrones o colores. Y con su configuración de montaje rígida, no pueden manejar la desalineación o la variabilidad comunes en la mayoría de las celdas de trabajo. Los sensores de visión, ofrecen mayor flexibilidad, realizan múltiples tipos de inspección dentro de una sola imagen y generan información adicional enriquecida, para mejorar la calidad y el proceso.

Esta guía proporciona una introducción a los sensores de visión y sus aplicaciones comunes en la automatización de una fábrica. Está diseñada para orientar a los fabricantes a determinar si los sensores de visión son adecuados para ellos y de ser así, para ayudarlos a identificar sus necesidades.

INTRODUCCIÓN A LOS SENSORES DE VISIÓNUN CASO PARA AUTOMATIZACIÓN CON VISIÓN ARTIFICIALPor Brian Benoit, Cognex Corporation

3Introducción a los sensores de visión

TIPOS DE SENSORESHay varias formas de extraer datos de una línea de producción. En la automatización de una fábrica, los sensores se utilizan en celdas o estaciones de trabajo para recopilar datos para inspección o para activar otros dispositivos. Estos sensores se dividen en múltiples categorías; los fotoeléctricos, de fibra óptica, de proximidad, ultrasónicos y los de visión son las más comunes.

Todos los sensores para automatizar una fábrica son rápidos, realizan múltiples lecturas por segundo que se requieren en la mayoría de las aplicaciones. La salida de datos suele ser binaria, se entrega un resultado de “sí/no”, “presente/ausente” o “aprobación/fallo”. En algunos casos, los sensores proporcionan salidas de medición simples, aunque no estén diseñados para ser precisos. La mayoría de los sensores suelen admitir varios protocolos de comunicación, trabajan con equipos ascendentes y descendentes y notifican si una pieza está presente o pasa la inspección.

Figura 1: Los sensores se dividen en múltiples categorías y pueden actuar de manera complementaria.

En algunos casos, diferentes tipos de sensores actúan como tecnologías complementarias. Los sensores fotoeléctricos pueden ser usados junto con sensores de visión para comunicar si una pieza está en camino para activar la cámara en un sistema de visión artificial. Considere un sistema de inspección de nivel de llenado en una cervecería. Cada botella pasa a través de un sensor de inspección, que activa un sistema de visión para encender una luz estroboscópica y tomar una fotografía de la botella. Después de adquirir la imagen y almacenarla en la memoria, el software de visión procesa, analiza y emite una respuesta de aprobación/falla basada en el nivel de llenado. Si el sistema detecta una botella con llenado incorrecto (un fallo), indica a un desviador que rechace la botella. Un operador puede ver las botellas rechazadas y las estadísticas del proceso en curso en una pantalla.

Sensores fotoeléctricos Sensores de fibra óptica

Sensores de proximidad Sensores ultrasónicos Sensores de visión

Transmisor/receptorElemento emisor de luz

Objetivo

Elemento receptor de luz

Luz reflejadaFuente de luz Detector de luz

Señal ambiental

Fibra de salidaFibra de entrada

Objetivo

ObjetivoObjetivo

Transmisor/receptorElemento emisor

Elemento receptor

Cámara

Luz de la imagen

4 Introducción a los sensores de visión

Ventajas del sensor de visión Los sensores de visión proporcionan resultados rápidos de aprobación/falla, sí/no y de marcha/no-marcha para resolver desafíos de inspección automatizada de maneras que difieren de otros tipos de sensores.

SENSORES DE VISIÓN: UNA CLASE APARTELos sensores de visión exhiben varias características que los hacen especialmente efectivos para la automatización de una fábrica. No deben ser confundidos con los sensores digitales dentro de una cámara ya que los sensores de visión son parte de una categoría de sistemas de visión artificial diseñada para realizar inspecciones simples de presencia/ausencia y entregar resultados de aprobación/falla en entornos no estructurados. Los sensores de visión combinan la capacidad de una cámara para tomar fotografías con la potencia del procesamiento de una computadora que puede tomar decisiones sobre la posición, calidad y la integridad de una pieza o producto manufacturado. Los sensores de visión incluyen una biblioteca de herramientas de software que realizan diferentes tipos de inspecciones, incluso realizando múltiples tipos de inspecciones y entregando múltiples resultados de aprobación/falla desde una sola imagen adquirida. Críticamente, y a diferencia de otras clases de sensores, los sensores de visión pueden manejar múltiples puntos de inspección por objetivo. Los sensores de visión también pueden detectar sus objetivos por patrón, característica y color. Pueden detectar piezas específicas dentro de una región de interés muy amplia y pueden hacerlo dinámicamente a medida que la pieza se mueve a lo largo de la línea de producción.

Figura 2. Los sensores de visión realizan aplicaciones simples de prueba y error, como las inspecciones de presencia/ ausencia y de aprobación/falla.

Identifica características que los sensores fotoeléctricos no puedenLocaliza e inspecciona características altamente estampadas que otros sensores no pueden.

Elimina los disparadores externosSupera el posicionamiento impreciso de la pieza, mediante el análisis (patentado) de múltiples imágenes para determinar si una pieza está presente.

Inspecciona características de múltiples piezasUn solo sensor puede realizar múltiples tipos de inspección de una imagen objetivo.

Funciona en una pantalla inteligente o con PCLos operadores pueden configurar nuevos parámetros o ajustar las inspecciones existentes en una PC para facilitar la interacción en la fábrica.

Optimiza la iluminación, el brillo y el contraste de la imagen.Puede equiparse con opciones flexibles de iluminación y filtro para crear mejores imágenes y lograr resultados más consistentes y confiables.

Maneja la desalineación y la variabilidadPuede detectar objetos independientemente de su velocidad o posición en la línea, sin necesidad de fijación mecánica.

Fácil de usarLos entornos de desarrollo simples están diseñados para usuarios nuevos y existentes.

5Introducción a los sensores de visión

Los sensores de visión realizan inspecciones, primero, ubicando la pieza en la imagen y luego buscando características específicas en esa pieza. Una vez que se establece el campo de visión (FOV), un operador puede ejecutar herramientas de visión dentro de todo el rango del objetivo, para inspeccionar múltiples características en busca de su presencia, integridad u orientación, todo en una sola imagen. Y aún y cuando el resultado de datos es binario, los datos en conjunto pueden usarse en sentido descendente para mejorar los procesos y realizar diagnósticos en una celda de trabajo en particular. A diferencia de cualquier otro sensor, un sensor de visión puede manejar la desalineación y la variabilidad predecible de casa pieza en una celda de trabajo, por lo que los operadores pueden usar estos sensores sin necesidad de realizar una serie de cambios costosos y prolongados. Mientras que los sensores de fuente puntual deben estar perfectamente alineados para funcionar, los sensores de visión están diseñados para manejar un alto grado de variabilidad. Por lo tanto, un objeto puede ser inspeccionado en cualquier posición en la banda.

Los sensores de visión generalmente no requieren programación y proporcionan una configuración fácil guiada, a través de software de visión, fácil de usar. La mayoría se integran fácilmente con sistemas más grandes para proporcionar inspecciones de puntos únicos y múltiples con procesamiento dedicado. La mayoría ofrece comunicación Ethernet, lo que permiten a los usuarios intercambiar datos con otros sistemas para comunicar resultados y desencadenar etapas posteriores de una inspección. Una red de sensores de visión se puede vincular fácilmente a la rede de la planta y de la empresa, lo que permite que cualquier estación de trabajo en la fábrica vea los resultados, las imágenes y datos para el control del proceso. Dependiendo del sistema o aplicación específica, el software de visión configura los parámetros de la cámara, toma la decisión de aprobación/falla, se comunica con la fábrica y apoya el desarrollo de HMI.

Los sensores de visión realizan la detección avanzada de presencia/ausencia mediante:

▪ Detección de una pieza encontrando una característica real

▪ Inspección de características que otros sensores no detectan

▪ Inspección de múltiples características simultáneamente

▪ Manejo de variación de posición en banda de las piezas a inspeccionar

Inspección de pieza con sensor de visión

APROBADO

O

Resultado aprobado/no aprobado

Los datosse guardan

NOAPROBADO

Figura 3. Los sensores de visión combinan la potencia de un sistema de visión artificial con la simplicidad y la asequibilidad de un sensor industrial, resolviendo fácilmente inspecciones simples y comunicando resultados.

6 Introducción a los sensores de visión

SENSORES DE VISION VS. SISTEMAS DE VISIÓNSeleccionar la solución adecuada de visión artificial, generalmente depende de los requisitos de la aplicación, incluyendo entorno de desarrollo, capacidad, arquitectura y costo. En algunos casos, los sensores y sistemas de visión artificial pueden ambos satisfacer las necesidades de una operación. Los diferentes modelos están diseñados para satisfacer diferentes requisitos de variación de precio y rendimiento.

Los sensores de visión son similares a los sistemas de visión artificial en sus potentes algoritmos de visión, en el hardware autónomo y de grado industrial y la adquisición y procesamiento de imágenes de alta velocidad. Ambos están diseñados para realizar tareas altamente detalladas en líneas de producción de alta velocidad. Y si bien, todos realizan inspecciones, están diseñados para diferentes tareas. Mientras que los sistemas de visión artificial realizan guiado y alineación, reconocimiento óptico de caracteres, lectura de códigos, calibración y metrología, los sensores de visión están diseñados específicamente para determinar la presencia/ausencia de piezas y generan resultados simples de aprobación/falla. Los sensores de visión también se distinguen por su relativa facilidad de uso y rápida implementación.

Los sensores de visión carecen de las herramientas de visión más sofisticadas, disponibles solo en los sistemas de visión artificial autónomos, pero pueden realizar una gran cantidad de tareas de visión en entornos de logística y automatización. Los sensores también son más económicos que los sistemas de visión y requieren menos experiencia para funcionar.

COMPONENTES DEL SENSOR DE VISIÓNLos sensores comparten muchos componentes comunes con los sistemas de visión, incluyendo iluminación, lentes, sensor de imágenes, controladores, herramientas de visión y protocolos de comunicación. La mayoría de los componentes del hardware de visión artificial, tales como módulos de iluminación, sensores y procesadores están disponibles comercialmente (COTS). También se puede adquirir un sistema integrado con todos los componentes en un solo dispositivo.

Figura 4. Las potentes herramientas de visión de un sensor y el procesamiento dedicado, se pueden configurar fácilmente para resolver una amplia variedad de aplicaciones

Sensores de visión

Sistemas de visión 2D

Presencia/ausencia Inspección Guía/alineación OCR/OCV Lectura de código Calibre/medida

Pieza siendo inspeccionada

Iluminación Lentes Sensorde imagen

Herramientasde procesamiento

de visión

Iluminación: Ilumina la parte que se está inspeccionando, lo que permite resaltar sus características para que la cámara pueda verlas con claridad.

Lentes: Captura la imagen y la presenta al sensor en forma de luz.

Sensor de imagen: Convierte la luz en una imagen digital que luego se envía al procesador para su análisis.

Herramientas de procesamiento de visión: Procesan y optimizan una imagen para su análisis; revisan la imagen y extraen la información requerida; utilizan algoritmos para ejecutar la inspección necesaria y tomar una decisión.

Comunicaciones: Una señal discreta de E/S o datos enviados a través de una conexión en serie a un dispositivo que está registrando información o usándola.

7Introducción a los sensores de visión

SOLUCIÓN DE APLICACIONES CON SENSORES DE VISIÓNLas compañías en una amplia variedad de industrias que incluyen manufactura pesada, alimentos y bebidas, automotriz, electrónica, logística y transporte, confían en sensores de visión para realizar inspecciones simples y así garantizar que productos y empaque, estén libres de errores y cumplan con estrictos estándares de calidad. Al usar los sensores de visión en los puntos clave del proceso, los defectos pueden detectarse antes en el proceso de fabricación y los problemas del equipo se pueden identificar más rápidamente.

El primer paso en cualquier aplicación de sensor, es localizar o colocar el objeto o característica de interés dentro del FOV (campo de visión) de la cámara. Las herramientas de combinación de patrones y bordes hacen esto, detectando incluso características de piezas difíciles como objetos claros, texto impreso y dimensiones aproximadas que los sensores fotoeléctricos no pueden detectar.

Una vez que el sensor tiene una referencia, utiliza herramientas de patrón, conteo de pixeles, brillo, contraste y bordes para realizar una inspección. Los datos se comparan con las especificaciones, tolerancias o umbrales de la inspección para tomar una decisión, que se comunica como una salida de datos binarios.

HERRAMIENTAS DE VISIÓN Las herramientas de visión son lo que en última instancia diferencia a los sensores de visión artificial de otros sensores. La tecnología de visión juega un papel muy importante, incluso en las inspecciones más básicas de presencia/ausencia. Las herramientas típicas de visión incluyen patrones, conteo de pixeles, brillo, contraste y herramientas de borde. Notablemente, un sensor de visión puede inspeccionar múltiples objetivos dentro de una sola imagen, así como realizar múltiples tipos de inspección confiando en diferentes herramientas.

Herramienta de patrón: Se utiliza para realizar inspección y conteo. Se desempeña mejor en patrones con contraste agudo y en objetivos lo suficientemente pequeños para permitir variabilidad y asimetría en el FOV (campo de visión)

La herramienta de patrón confirma que la junta está presente e instalada en el área correcta.

Herramienta de brillo: Devuelve el brillo promedio de los píxeles para una región de interés. La iluminación debe ser estable y predecible.

La herramienta de brillo confirma la presencia de las 10 cápsulas al mostrar la mayor delta entre las áreas de aprobación/falla.

8 Introducción a los sensores de visión

Herramienta de contraste: Compara el contraste en toda una región de interés. Una herramienta útil si hay cambios impredecibles en piezas fallidas.

El alto contraste en el área objetivo, indica la presencia de un diodo.

Herramienta de borde: Inspecciona un “borde” de alto contraste a lo largo de una ruta específica. Puede establecer umbrales para eliminar el ruido.

Las herramientas de borde múltiple miden pixeles para detectar un borde limpio en una fresa de perforación.

Herramienta de conteo de pixeles: Devuelve el número total de pixeles con un rango establecido. Esto funciona bien para aplicaciones de campo de vista FOV.

La herramienta de conteo de pixeles confirma la presencia de 13 perforaciones separadas dentro de un objetivo al determinar el valor de los pixeles.

Recuento de pixeles de color: Devuelve una cantidad de pixeles dentro de una región de interés específica que cumple con los colores capacitados. Esto funciona mejor si la iluminación se aplica de manera uniforme, ya que los hotspots pueden causar problemas.

La herramienta de conteo de pixeles de color confirma la integridad del empaque al identificar los valores de los pixeles de colores capacitados en la región de interés.

9Introducción a los sensores de visión

ELEGIR UNA SOLUCIÓN DE SENSOR DE VISIÓNLos requisitos de tecnología y aplicaciones para las inspecciones automatizadas están en constante evolución. El entorno de desarrollo, la iluminación y la modularidad son algunas de las características más importantes a tener en cuenta al seleccionar un sensor de visión.

Entorno de configuración estandarizadoIncluso los usuarios novatos de visión, deben poder configurar e instalar un sensor de visión fácilmente. Al seleccionar un sensor de visión, tenga en cuenta no solo las necesidades de inspección actuales, sino también las aplicaciones futuras que pueden requerir sistemas de visión más potentes y flexibles. El procesamiento rápido y un enlace de comunicación confiable con otro equipo de automatización en la fábrica son esenciales.

Iluminación integradaLos entornos de fabricación y las limitaciones de espacio, pueden dificultar el logro de condiciones de iluminación adecuadas. Esto puede ser problemático para los sensores de visión, que dependen de una iluminación uniforme y difusa para las piezas de los accesorios y realizan inspecciones sólidas con herramientas de brillo, contraste y conteo de pixeles. Los sensores de visión generalmente vienen con iluminación integrada y se pueden conectar a una iluminación externa adicional si es necesario. La selección de un sensor de visión con iluminación incorporada ahorra dinero en iluminación externa y accesorios de montaje.

Diseño modular, flexiblePuede ser difícil montar un sensor de visión en la ubicación precisa para lograr un FOV, resolución de imagen e iluminación de pieza óptimos. Los sensores de visión son pequeños y se adaptan a cualquier espacio además, se pueden configurar para la instalación en línea y en ángulo recto, lo que ayuda a que las inspecciones se pongan en marcha rápidamente. El diseño modular simplifica las rutas ópticas y el enrutamiento de cables permiten a los usuarios cambiar luces, ópticas y lentes en el campo para cambiar de línea rápidamente o modificar aplicaciones. Los modelos con lentes de enfoque automático eliminan la necesidad de volver a enfocar o ajustar la altura de montaje manualmente.

Figura 5. La serie In-Sight 2000 ofrece un diseño modular con luces intercambiables de campo, lentes, filtros y cubiertas. Una luz anular LED integrada, produce una iluminación uniforme y difusa en toda la imagen, minimizando la necesidad de una costosa iluminación externa.

10 Introducción a los sensores de visión

CONCLUSIÓNEn comparación con los otros tipos de sensores en el mercado, los sensores de visión amplían enormemente los tipos de inspecciones simples que un fabricante puede realizar y proporcionan información más allá de si una parte está simplemente presente o ausente. Los sensores de visión pueden inspeccionar múltiples elementos por objetivo, diferenciar entre colores y responder bien a la desalineación y la variabilidad planificada. Al reducir los defectos y aumentar el rendimiento, los sensores de visión artificial pueden ayudar a los fabricantes a optimizar sus operaciones y aumentar la rentabilidad. Con una gran variedad de herramientas de visión y la posibilidad de realizar múltiples inspecciones por objetivo, los sensores de visión pueden reducir el tiempo del ciclo y mejorar la calidad del producto en sentido descendente.

LA DIFERENCIA COGNEXCualquiera que sea su entorno, restriciones de recursos y necesidades específicas de herramientas, los sensores de Cognex pueden ayudarlo. A velocidades de hasta 6.000 piezas por minuto, los sensores de visión Cognex, establecen nuevos estándares para valor, facilidad de uso y flexibilidad gracias a una poderosa combinación de herramientas probadas de visión Cognex In-Sight®, configuración sencilla y un diseño flexible y modular. . Los sensores de visión de la serie In-Sight 2000 son compactos, configurados para la instalación de montaje en línea y en ángulo recto en espacios reducidos. La óptica y la iluminación integradas y modificables en el campo, se ajustan a los requisitos cambiantes de la aplicación y eliminan el costo de iluminación externa. La interfaz de In-Sight Explorer EasyBuilder, proporciona una configuración de aplicación rápida y de paso por paso, que permite aún a los usuarios novatos, lograr un rendimiento de inspección extremadamente confiable, en casi cualquier entorno de producción. Los sensores de visión In-Sight 2000 están configurados con el software In-Sight Explorer, el entorno más ampliamente utilizado en el mundo, para configurar y mantener aplicaciones de visión artificial.

Para más información sobre los sensores de visión, visite www.cognex.com.

Brian Benoit es Gerente Senior de Mercadotecnia de Productos para Productos de Sensores en Cognex Corporation. Antes de unirse a Cognex, Brian trabajó en Collaborative Robots, donde la tecnología de visión sirve como un componente fundamental.

Acerca del autor

11Introducción a los sensores de visión

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