A visão mecânica é um grande passo na busca pela automação industrial completa. Em termos simples, ela permite que os sistemas de máquinas "vejam" seus arredores como os humanos. Ao permitir que os robôs percebam objetos físicos por meio da visão, possibilitamos que eles executem tarefas autônomas. Desde a década de 1980, a visão mecânica tem transformado rapidamente os processos de fabricação modernos. As máquinas agora podem executar funções críticas como inspeção, medição, posicionamento e classificação de produtos.
Definição de visão mecânica
A visão mecânica é uma combinação de tecnologias de imagem e de inspeção automática. Ela captura e processa dados de imagem em tempo real. As máquinas podem então analisar, verificar, medir e processar peças de trabalho. Como um sistema de visão, ele contém vários componentes de geração de imagens. Os sistemas de visão mecânica contêm lentes ópticas, sistemas de iluminação, câmeras, controladores e software. Com esses componentes, um sistema de visão mecânica normalmente monitora seus arredores continuamente. A automação da linha de montagem e a inspeção robótica de produtos transformaram o setor.
Como funciona a visão mecânica
Um sistema de visão tem componentes de hardware e software. Eles se unem para processar imagens. A visão mecânica ocorre de acordo com o seguinte esquema:
Capturando a imagem
O sistema de visão pode conter uma ou mais câmeras ou sensores digitais. Eles são montados no braço móvel, na linha do transportador ou em algum outro componente. As câmeras capturam imagens da área de trabalho de diferentes ângulos.
Pré-processamento de imagens
Esse estágio envolve a remoção de ruído, o ajuste da iluminação e a correção da distorção. A imagem bruta pode conter várias irregularidades, o que dificulta o processamento da imagem. Ele limpa a imagem e aprimora os recursos de interesse. O pré-processamento torna a análise da imagem mais eficiente.
Extração de atributos
A imagem pré-processada é fornecida ao software de visão mecânica. Ele usa algoritmos de aprendizado de máquina para extrair recursos significativos. As bordas, os cantos e os ângulos são identificados e categorizados. Tudo isso é possível graças aos algoritmos de detecção e segmentação de bordas.
Identificação de padrões
O aprendizado de máquina funciona com base no princípio do reconhecimento de padrões. A imagem analisada é rotulada com base em milhões de entradas de conjuntos de treinamento semelhantes.
Categorização e confirmação
Os algoritmos de ML classificam e avaliam objetos com base em dados de treinamento. Se o objeto passar em todos os testes, ele é aprovado para processamento posterior. Se o algoritmo detectar uma falha, ele será enviado de volta para modificação ou descartado.
Principais componentes de um sistema de visão mecânica
Os sistemas de visão mecânica são compostos por vários componentes importantes. Cada componente desempenha uma função importante.
Ferramentas de iluminação
A iluminação é importante para os sistemas de visão porque as imagens de alta qualidade requerem iluminação. Os fabricantes especificam a potência e os lúmens de luz necessários para a saturação adequada da câmera.
Lente óptica
Uma lente óptica obtém a imagem da peça de trabalho. Ela transfere a imagem para o sensor da câmera como luz.
Sensor de câmera/placa de captura
Os sensores da câmera recebem a imagem capturada na forma de luz. Eles convertem essa imagem em um formato digital por meio de semicondutores ou dispositivos de acoplamento de carga. A imagem física é traduzida em um formato digital, representado por pixels.
Processador
A imagem digital é analisada pelo software de aprendizagem profunda. O processador executa essa etapa. O processador, ou o computador, extrai os principais recursos do objeto da imagem.
Comunicação
Os componentes do sistema de visão interagem uns com os outros por meio desse canal. O componente de comunicação geralmente inclui sinais de E/S, conexões seriais e conexões sem fio.
Tipos de sistemas de visão
Sistemas de visão 2D
Quando alguém ouve falar em visão mecânica, geralmente supõe que se trata de visão 3D. Entretanto, os sistemas de visão 2D são as ferramentas mais amplamente usadas para inspeção e reconhecimento de padrões. O software dos sistemas de visão 2D analisa imagens em duas dimensões. Uma das aplicações mais populares da visão 2D é a leitura de código de barras e de código QR. Os sistemas de visão 2D são econômicos, dinâmicos e simples.
Sistemas de visão 3D
Os sistemas de visão mecânica 3D analisam a profundidade por meio de vários sensores. Eles interpretam as informações capturadas como uma nuvem de pontos 3D. Técnicas recorrentes: luz estruturada, visão estéreo, triangulação a laser e tempo de voo. A visão 3D tem imensa aplicação em robótica, análise de superfície, automação e inspeção de produtos.
Sistemas de visão inteligentes baseados em câmeras
Os sistemas de visão inteligentes baseados em câmera podem atender aos seus requisitos fundamentais de medição e inspeção. Eles são simples, econômicos e estão prontamente disponíveis. As configurações de câmeras inteligentes geralmente envolvem uma lente óptica de distância focal fixa e iluminação. Elas são compactas e oferecem integração perfeita à infraestrutura de medição existente.
Sistemas de visão compactos
Como você pode entender pelo nome, os sistemas de visão compactos são uma versão menor dos sistemas baseados em PC. Eles contêm uma unidade de processamento gráfico que é encaminhada a um terminal periférico para exibição. Os sistemas de visão compactos são ideais para aplicações e cenários leves. Nesses casos, a portabilidade é fundamental.
Sistemas de visão baseados em PC
A maioria dos sistemas de visão mecânica usa um computador como processador central para todos os componentes. Um PC industrial é responsável pela comunicação com os periféricos. Ele processa imagens e gerencia a automação. Os sistemas baseados em PC são soluções confiáveis para fábricas com altos requisitos de automação e produção.
Aquisição de imagens multiespectrais
Os sistemas de visão mecânica com imagens multiespectrais podem capturar uma grande quantidade de informações. Eles vão além dos padrões de luz RGB típicos, capturando a luz fora do espectro visível. Se você precisar analisar o infravermelho próximo ou o ultravioleta, essa é uma excelente solução.
Imagens hiperespectrais
Os sistemas de visão por imagem hiperespectral obtêm comprimentos de onda em centenas de bandas estreitas e adjacentes. Trata-se de uma versão avançada da geração de imagens multiespectrais. Os sistemas de visão com essa tecnologia podem identificar propriedades e características de materiais.
Lentes de ampliação variável
Você já enfrentou o incômodo de precisar de diferentes níveis de zoom para seus produtos? As lentes de ampliação variável resolvem exatamente esse problema. Ao fornecer valores de ampliação modificáveis, elas podem aumentar a gama de produtos que você analisa.
Visão mecânica em IA
A interação da visão mecânica e da inteligência artificial reformulou as operações industriais. Você provavelmente conhece as aplicações dos algoritmos de aprendizagem profunda em grandes modelos de linguagem. A IA traz o poder das redes neurais para a visão mecânica. Isso significa que as fábricas podem fazer processamento avançado no local. Com o desenvolvimento da computação de ponta, os sistemas de visão podem tomar decisões autônomas no local. A detecção de pixel morto é uma aplicação. Os sistemas de visão mecânica também podem identificar falhas de soldagem. Outra aplicação de processamento intensivo é a análise de tecido.
Visão mecânica em robótica
Os robôs pick-and-place e os braços de desempenho automatizados são componentes essenciais das fábricas modernas atuais. A automação da linha de montagem não seria possível sem a visão mecânica. Ela demonstra o impacto dos sistemas de visão na robótica. Os robôs de visão inteligente podem executar tarefas normalmente realizadas por trabalhadores humanos. Isso significa menos esforço humano, risco de lesões e ineficiência. Os robôs podem classificar formas, identificar defeitos e gerenciar o inventário de forma autônoma. Eles estão elevando a produtividade da fábrica a novos patamares, tudo graças à visão mecânica.
Aplicativos de visão mecânica
Controle de qualidade
A detecção de defeitos de fabricação em produtos eletrônicos, automotivos e farmacêuticos é um processo demorado. Historicamente, as empresas investiram milhões de dólares em salários de funcionários para a inspeção de produtos. Com as linhas de montagem automatizadas e os trabalhadores robóticos, os custos foram reduzidos. A produtividade, por outro lado, disparou. Os sistemas de inspeção são auxiliados por visão mecânica. Eles são excelentes em verificações de aprovação/reprovação, medição e rastreamento. Eles permitem que as linhas de montagem funcionem sem interrupções.
Medição
Os sistemas de visão 2D e 3D medem com precisão as dimensões dos objetos, quase instantaneamente. Isso permitiu que as operações da fábrica se tornassem mais simplificadas. Em muitos casos, isso significa que as oficinas podem remover estações de medição inteiras!
Automação
Uma das vantagens apreciáveis da visão mecânica é a possibilidade de automação. Eles podem executar tarefas repetitivas, como montagem e inspeção. Antes, essas tarefas custavam tempo e esforço. Agora, elas podem ser feitas facilmente por meio de robôs inteligentes. Isso não só aumenta a produtividade, como também libera os trabalhadores humanos para tarefas valiosas de tomada de decisão.
Reconhecimento
A visão mecânica simplifica muito a identificação de produtos. Os setores aproveitam a computação de ponta e os bancos de dados em nuvem. Um sistema de visão 2D pode digitalizar um código de barras simples para revelar detalhes do produto. Por meio de tecnologias como OCR, os sistemas de visão podem ler os detalhes do produto em sua embalagem. Além disso, os sistemas de visão mecânica podem executar essas tarefas simultaneamente para várias peças de trabalho.
Casos de uso emergentes
Devido ao imenso valor fornecido pelos sistemas de visão mecânica, mais setores estão absorvendo-os. Nos últimos anos, observamos uma mudança em setores críticos como agricultura, medicina e automotivo. A visão mecânica forma a espinha dorsal dos sistemas automatizados de irrigação, inspeção de culturas e colheita. Os robôs médicos dependem da visão mecânica para tarefas operacionais e cirúrgicas. O aumento de carros autônomos é outra aplicação significativa da visão mecânica.
Vantagens da visão mecânica
No cenário industrial em rápido desenvolvimento, a visão mecânica é um dos principais impulsionadores do progresso. Ela beneficia os fabricantes ao melhorar a qualidade do produto, a produtividade e a eficácia do equipamento. Ela está remodelando a cadeia de suprimentos com a introdução do rastreamento de alta velocidade. Onde quer que seja implementada, ela reduz o desperdício, supera a escassez de trabalhadores e melhora os processos. A redução da dependência do trabalho manual não apenas agrega valor às vidas, mas também melhora a segurança do trabalhador.
Conclusão
A visão mecânica tornou-se uma tecnologia básica no setor por um bom motivo. Os imensos benefícios que ela proporciona podem ser comparados a algumas outras tecnologias. No entanto, é fundamental lembrar que ela não é uma solução mágica para resolver práticas administrativas ruins. É necessário ter em mente os principais objetivos comerciais. A infraestrutura da fábrica e os procedimentos operacionais são igualmente importantes. A visão mecânica reúne todos esses componentes de um bom negócio. Ela proporciona imensos benefícios quando implementada da maneira correta. Para obter mais informações sobre visão mecânica e como aplicá-la ao seu negócio, entre em contato com nossa equipe de profissionais.