La visión artificial es un gran paso adelante hacia la automatización industrial completa. En términos sencillos, permite a los sistemas de máquinas "ver" su entorno como lo hacen los humanos. Al permitir a los robots percibir objetos físicos a través de la visión, les capacitamos para realizar tareas autónomas. Desde los años 80, la visión artificial ha transformado rápidamente los procesos de fabricación modernos. Ahora las máquinas pueden realizar funciones críticas como la inspección, medición, posicionamiento y clasificación de productos.
Definición de visión artificial
La visión artificial es una combinación de tecnologías de imagen e inspección automática. Capta y procesa datos de imágenes en tiempo real. A continuación, las máquinas pueden analizar, verificar, medir y procesar las piezas de trabajo. Como sistema de visión, contiene varios componentes de imagen. Los sistemas de visión artificial contienen lentes ópticas, sistemas de iluminación, cámaras, controladores y software. Con estos componentes, un sistema de visión artificial suele supervisar continuamente su entorno. La automatización de líneas de montaje y la inspección robótica de productos han transformado la industria.
Cómo funciona la visión artificial
Un sistema de visión tiene componentes de hardware y software. Se unen para procesar imágenes. La visión artificial se produce mediante el siguiente esquema:
Captar la imagen
El sistema de visión puede contener una o varias cámaras digitales o sensores. Se montan en el brazo móvil, la línea transportadora o algún otro componente. Las cámaras capturan imágenes del área de trabajo desde distintos ángulos.
Preprocesamiento de imágenes
En esta etapa se elimina el ruido, se ajusta la iluminación y se corrige la distorsión. La imagen en bruto puede contener cualquier cantidad de irregularidades, lo que dificulta su tratamiento. Se limpia la imagen y se realzan las características de interés. El preprocesamiento hace más eficaz el análisis de imágenes.
Extracción de atributos
La imagen preprocesada se suministra al software de visión artificial. Éste utiliza algoritmos de aprendizaje automático para extraer características significativas. Se identifican y clasifican los bordes, las esquinas y los ángulos. Todo ello es posible gracias a los algoritmos de detección de bordes y segmentación.
Identificar patrones
El aprendizaje automático se basa en el principio del reconocimiento de patrones. La imagen analizada se etiqueta a partir de millones de entradas de conjuntos de entrenamiento similares.
Categorización y confirmación
Los algoritmos de ML clasifican y evalúan objetos a partir de datos de entrenamiento. Si supera todas las pruebas, se aprueba para seguir procesándolo. Si el algoritmo detecta un fallo, se devuelve para su modificación o se descarta.
Componentes clave de un sistema de visión artificial
Los sistemas de visión artificial constan de varios componentes clave. Cada uno de ellos desempeña una función importante.
Herramientas de iluminación
La iluminación es importante para los sistemas de visión porque las imágenes de alta calidad requieren iluminación. Los fabricantes especifican la potencia y los lúmenes de luz necesarios para una saturación adecuada de la cámara.
Lente óptica
Una lente óptica obtiene la imagen de la pieza. Transfiere la imagen al sensor de la cámara en forma de luz.
Sensor de cámara/placa de captura
Los sensores de las cámaras reciben la imagen captada en forma de luz. Convierten esta imagen en una forma digital mediante semiconductores o dispositivos de acoplamiento de carga. La imagen física se traduce a una forma digital, representada por píxeles.
Procesador
La imagen digital es analizada por un software de aprendizaje profundo. El procesador se encarga de este paso. El procesador, o el ordenador, extrae las características clave del objeto de la imagen.
Comunicación
Los componentes del sistema de visión interactúan entre sí a través de este canal. El componente de comunicación incluye generalmente señales i/o, conexiones serie y conexiones inalámbricas.
Tipos de sistemas de visión
Sistemas de visión 2D
Cuando uno oye hablar de visión artificial, suele suponer que se trata de visión 3D. Sin embargo, los sistemas de visión 2D son las herramientas más utilizadas para la inspección y el reconocimiento de patrones. El software de los sistemas de visión 2D analiza imágenes en dos dimensiones. Una de las aplicaciones más populares de la visión 2D es el escaneado de códigos de barras y códigos QR. Los sistemas de visión 2D son rentables, dinámicos y sencillos.
Sistemas de visión 3D
Los sistemas de visión artificial 3D analizan la profundidad a través de múltiples sensores. Interpretan la información captada como una nube de puntos 3D. Técnicas recurrentes: luz estructurada, visión estereoscópica, triangulación láser y tiempo de vuelo. La visión 3D tiene inmensas aplicaciones en robótica, análisis de superficies, automatización e inspección de productos.
Sistemas de visión inteligentes basados en cámaras
Los sistemas de visión inteligentes basados en cámaras pueden satisfacer sus requisitos fundamentales de medición e inspección. Son sencillos, asequibles y fáciles de conseguir. Las configuraciones de cámaras inteligentes suelen incluir un objetivo óptico de distancia focal fija e iluminación. Son compactas y se integran perfectamente en la infraestructura de medición existente.
Sistemas de visión compactos
Como puede deducirse de su nombre, los sistemas de visión compactos son una versión reducida de los sistemas basados en PC. Contienen una unidad de procesamiento gráfico que se dirige a un terminal periférico para su visualización. Los sistemas de visión compactos son ideales para aplicaciones y escenarios ligeros. En estos casos, la portabilidad es clave.
Sistemas de visión basados en PC
La mayoría de los sistemas de visión artificial utilizan un ordenador como procesador central de todos los componentes. Un PC industrial se encarga de la comunicación con los periféricos. Procesa las imágenes y gestiona la automatización. Los sistemas basados en PC son soluciones fiables para fábricas con elevados requisitos de automatización y rendimiento.
Imágenes multiespectrales
Los sistemas de visión artificial con imágenes multiespectrales pueden captar una gran cantidad de información. Van más allá de los típicos patrones de luz RGB, capturando la luz fuera del espectro visible. Si necesita analizar el infrarrojo cercano o el ultravioleta, esta es una solución excelente.
Imágenes hiperespectrales
Los sistemas de visión de imágenes hiperespectrales obtienen longitudes de onda en cientos de bandas estrechas y adyacentes. Se trata de una versión avanzada de las imágenes multiespectrales. Los sistemas de visión con esta tecnología pueden identificar las propiedades y características de los materiales.
Lentes de aumento variable
¿Alguna vez se ha enfrentado a la molestia de necesitar distintos niveles de zoom para sus productos? Los objetivos de aumento variable resuelven este mismo problema. Al proporcionar valores de aumento modificables, pueden aumentar la gama de productos que analiza.
Visión artificial en la IA
La interacción de la visión artificial y la inteligencia artificial ha reconfigurado las operaciones industriales. Probablemente conozca las aplicaciones de los algoritmos de aprendizaje profundo en grandes modelos lingüísticos. La IA aporta la potencia de las redes neuronales a la visión artificial. Esto significa que las fábricas pueden realizar procesamientos avanzados in situ. Con el desarrollo del edge computing, los sistemas de visión pueden tomar decisiones autónomas in situ. La detección de píxeles muertos es una aplicación. Los sistemas de visión artificial también pueden identificar fallos de soldadura. Otra aplicación de procesamiento intensivo es el análisis de tejidos.
Visión artificial en robótica
Los robots "pick and place" y los brazos de rendimiento automatizados son componentes esenciales de las fábricas modernas de hoy en día. La automatización de las líneas de montaje no sería posible sin la visión artificial. Es una muestra del impacto de los sistemas de visión en la robótica. Los robots de visión inteligente pueden realizar tareas de las que normalmente se encargan trabajadores humanos. Esto significa menos esfuerzo humano, riesgo de lesiones e ineficacia. Los robots pueden clasificar formas, identificar defectos y gestionar inventarios de forma autónoma. Están impulsando la productividad de las fábricas a nuevas cotas, todo ello gracias a la visión artificial.
Aplicaciones de la visión artificial
Control de calidad
Detectar defectos de fabricación en productos electrónicos, de automoción y farmacéuticos es un proceso que lleva mucho tiempo. Históricamente, las empresas han invertido millones de dólares en salarios de trabajadores para la inspección de productos. Con las cadenas de montaje automatizadas y los trabajadores robotizados, los costes se han reducido. Por otro lado, la productividad se ha disparado. Los sistemas de inspección cuentan con la ayuda de la visión artificial. Destacan en las comprobaciones de pasa/no pasa, la medición y el seguimiento. Permiten que las cadenas de montaje funcionen sin interrupciones.
Medición
Los sistemas de visión 2D y 3D miden con precisión las dimensiones de los objetos, y de forma casi instantánea. Esto ha permitido racionalizar las operaciones de las fábricas. En muchos casos, esto significa que los talleres pueden eliminar estaciones de medición enteras.
Automatización
Una de las ventajas apreciables de la visión artificial es la posibilidad de automatización. Pueden realizar tareas repetitivas como ensamblar e inspeccionar. Antes, estas tareas costaban tiempo y esfuerzo. Ahora, pueden realizarse fácilmente mediante robots inteligentes. Esto no sólo aumenta la productividad, sino que libera a los trabajadores humanos para valiosas tareas de toma de decisiones.
Reconocimiento
La visión artificial simplifica enormemente la identificación de productos. Las industrias aprovechan la computación de borde y las bases de datos en la nube. Un sistema de visión 2D puede escanear un simple código de barras para revelar los detalles del producto. Mediante tecnologías como el reconocimiento óptico de caracteres, los sistemas de visión pueden leer los detalles del producto en su embalaje. Además, los sistemas de visión artificial pueden realizar estas tareas simultáneamente para varias piezas de trabajo.
Casos de uso emergentes
Debido al inmenso valor que aportan los sistemas de visión artificial, cada vez son más las industrias que los absorben. En los últimos años, hemos asistido a un cambio en sectores críticos como la agricultura, la medicina y la automoción. La visión artificial constituye la columna vertebral de los sistemas automatizados de riego, inspección de cultivos y cosecha. Los robots médicos recurren a la visión artificial para tareas operativas y quirúrgicas. El auge de los coches autónomos es otra aplicación importante de la visión artificial.
Ventajas de la visión artificial
En el panorama industrial en rápido desarrollo, la visión artificial es un motor fundamental del progreso. Beneficia a los fabricantes al mejorar la calidad de los productos, la productividad y la eficacia de los equipos. Está remodelando la cadena de suministro al introducir el seguimiento de alta velocidad. Dondequiera que se aplique, reduce los residuos, supera la escasez de trabajadores y mejora los procesos. Reducir la dependencia del trabajo manual no sólo añade valor a la vida, sino que también mejora la seguridad de los trabajadores.
Conclusión
La visión artificial se ha convertido en una tecnología básica en la industria por una buena razón. Los inmensos beneficios que proporciona pueden compararse con los de otras pocas tecnologías. Sin embargo, es crucial recordar que no es una bala de plata para resolver las malas prácticas administrativas. Es necesario tener en cuenta los objetivos empresariales fundamentales. La infraestructura de la fábrica y los procedimientos operativos son igualmente importantes. La visión artificial reúne todos estos componentes de una buena empresa. Aporta inmensos beneficios cuando se aplica de la forma correcta. Si tiene más preguntas sobre la visión artificial y cómo puede aplicarla a su empresa, póngase en contacto con nuestro equipo de profesionales.