Sistemas de visión artificial para medición e inspección

Los sistemas de visión artificial para medición e inspección son dispositivos metrológicos que utilizan cámaras digitales, iluminación específica y algoritmos de procesamiento de imagen para adquirir información dimensional y cualitativa sobre componentes industriales, sin necesidad de contacto físico. Permiten controlar cientos de piezas por minuto, inspeccionar defectos de forma automática, realizar mediciones dimensionales 2D y 3D, leer códigos y guiar robots. Son ya una tecnología clave del control de calidad en línea y de la automatización industrial 4.0.

Arquitectura de un sistema de visión

Un sistema de visión típico se compone de una o varias cámaras (CCD o CMOS, monocromas o en color, con resoluciones de pocos MP a decenas de MP), una óptica adecuada a la escena (objetivos telecéntricos para mediciones de alta precisión, objetivos macro, objetivos estándar), un sistema de iluminación (LED de luz difusa, anular, domo, retroiluminación, luz estructurada o luz polarizada) y una unidad de procesamiento (cámara inteligente embebida, PC industrial o sistema específico) con software de procesamiento de imagen. La sincronización con el disparo del proceso permite adquirir imágenes de piezas en movimiento.

Algoritmos y funciones

Las funciones de procesamiento de imagen más utilizadas son la detección de bordes con exactitud subpíxel (para mediciones dimensionales), el pattern matching (reconocimiento y localización de geometrías conocidas), el análisis de blobs (análisis de áreas conexas para el recuento de defectos), el OCR/OCV para el reconocimiento de caracteres, el color matching para el control cromático y el análisis morfológico. Los sistemas más avanzados integran aprendizaje profundo y redes neuronales convolucionales para inspecciones cualitativas complejas, difíciles de codificar con algoritmos clásicos.

Aplicaciones

Los sistemas de visión se utilizan en el control dimensional de componentes metálicos, plásticos y electrónicos, en la inspección de la integridad y corrección de conjuntos montados, en la verificación de etiquetas y códigos, en el control de impresión y envasado, en la inspección de tapones, cápsulas y envases farmacéuticos, en la medición de geometrías de moldeo plástico, en la verificación de soldaduras láser, en el control de componentes SMD sobre placas electrónicas y en la guía de robots para pick-and-place. Las cámaras inteligentes ofrecen en particular soluciones autónomas y compactas para líneas de montaje.

Normas y clasificación

A los sistemas de visión utilizados como instrumentos de medición se les aplican las normas VDI/VDE 2617 y VDI/VDE 2634 (sistemas de medición ópticos 3D), ISO 10360-7 (MMC con palpadores ópticos) e ISO 14406 (caracterización de sistemas optomecánicos). La calibración emplea máscaras de precisión con marcas certificadas según la norma ISO 17025. En aplicaciones de inspección cualitativa, la verificación de las prestaciones se realiza con muestras representativas y análisis MSA (Measurement System Analysis).

Criterios de elección

La selección de un sistema de visión exige analizar el campo de visión (FOV), la resolución necesaria (tamaño del píxel respecto al defecto que se desea detectar), la velocidad del proceso, las condiciones de iluminación, la integración con el PLC y con el MES, y la escalabilidad para futuros controles adicionales. Se recomienda un estudio de viabilidad sobre muestras reales antes del dimensionado definitivo del sistema.

La evolución de los sistemas de visión 3D mediante luz estructurada y proyección de franjas permite hoy el control dimensional de superficies complejas y de forma libre con exactitudes comparables a las de las MMC de palpador, pero con tiempos de adquisición mucho menores. Esta tecnología se está difundiendo en los sectores aeroespacial y médico y en el control de componentes fabricados por impresión 3D.