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Laboratorio de visión artificial del CIO: calidad para la industria


Por Tomás Dávalos

Aguascalientes, Aguascalientes. 20 de abril de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- En el Laboratorio de Visión Artificial del Centro de Investigaciones en Óptica (CIO), unidad Aguascalientes, se diseñan y desarrollan equipos industriales que para su funcionamiento conjuntan visión, mecánica y computación. Gustavo Adolfo Acevedo Ramírez funge como encargado del laboratorio y Juan Margarito Sarabia Torres le apoya en la realización de los proyectos.

1 HEAD cio2004Juan Margarito Sarabia Torres y Gustavo Adolfo Acevedo Ramírez.

Los equipos que en ese laboratorio se diseñan requieren para su funcionamiento de máquinas o sistemas de visión artificial, por ejemplo, a través de cámaras se capturan y censan variables externas como la intensidad de la luz. Los resultados obtenidos se interpretan y utilizan para realizar tareas específicas.

“Abarcamos todo tipo de industria, desde alimenticia, automotriz, farmacéutica, pero el mayor aporte de esta parte de visión en la industria es en cuestiones de control de calidad. La parte final del proceso de producción requiere la mayoría de las veces que se revise si el producto que va a salir al mercado lleva los estándares que se especifican”, explicó Acevedo Ramírez.

Tradicionalmente, en los procesos de control de calidad las fábricas emplean personal que se encargan de la evaluación de los productos, pero con regularidad, después de cierto tiempo, los empleados muestran signos de fatiga, su visión se cansa y, en consecuencia, comienzan a tener errores para descartar productos defectuosos. En la actualidad, con las nuevas tecnologías, un sistema de visión artificial es capaz de hacer esta tarea las 24 horas del día con un margen mínimo de error.

Soluciones para empresas

En este laboratorio se elaboran productos que ofrecen soluciones a las problemáticas que enfrenta la industria, para ello trabajan de manera estrecha con el Departamento de Gestión y Vinculación Tecnológica del CIO, área que realiza visitas a distintas fábricas e informa a través de una plataforma interna sobre los posibles proyectos a desarrollar, si se encuentran dentro del área de trabajo, se realiza contacto para obtener mayor información acerca del mismo.

“Empezamos a generar una idea para dar solución al problema, una vez formada la idea se trata de materializar en el laboratorio la parte de visión y empezamos a hacer el equipo. El cliente tiene una necesidad, hay un problema, aquí comenzamos a trazar el camino de esa problemática hasta llegar a la solución”, destacó.

Posteriormente se realizan las pruebas de los equipos y se hace una propuesta que incluye una cotización del mismo y se manda al Departamento de Gestión y Vinculación Tecnológica que, a su vez, hace llegar la información al cliente.

1 chavos2004Juan Margarito Sarabia Torres y Gustavo Adolfo Acevedo Ramírez.Para poder desarrollar los proyectos, el laboratorio cuenta, entre su equipo, con cámaras 3D, lineales, matriciales, a color y monocromáticas, lentes de diferentes distancias focales y telecéntricos, así como diferentes técnicas de iluminación que se utilizan para lograr una buena adquisición de la imagen, apuntadores láser y equipo de cómputo industrial.

Primeras etapas del proceso

El encargado del Laboratorio de Visión Artificial subrayó que en las primeras etapas del diseño de estos sistemas se observa y analiza el objeto sobre el cual se trabajará para tomar en consideración distintas variables, como el tipo de material o la textura, pues con base en esa información se selecciona el tipo de cámara e iluminación para desarrollar el sistema y, posteriormente, elaborar una programación que dé solución a la necesidad del usuario.

“Por ejemplo, si quiero identificar una etiqueta, un código de barras o un código de caracteres y estarlo revisando, una vez que tengo bien diseñado mi sistema me permite obtener una buena imagen, esta la voy a ingresar al software y en el software la voy a trabajar, de tal manera que voy a extraer esa cadena de caracteres, y con esa información voy a tomar decisiones acorde a lo que nos indica el cliente”, destacó.

Para que lo anterior dé resultados positivos, dentro de la etapa de diseño se realiza una prueba de concepto, para ello, el equipo de trabajo acude a la empresa para conocer de primera mano qué es lo que requieren; a raíz de la información recolectada se plantean diferentes alternativas, pues hay ocasiones en las que la dinámica de la línea de producción impide llevar a cabo alguno de los planteamientos iniciales.

“En las pruebas de concepto tenemos la mayoría de las variables controladas, pero a la hora de implementarlo dentro de la industria intervienen un sinfín de estas variables que, finalmente, afectan la respuesta del sistema, por eso vamos a ver cómo está el entorno, tratamos de extraer la mayor información que nos es útil o que nos pudiera afectar”, indicó.

Control, instrumentación y seguridad

Por su parte, Sarabia Torres explicó que él se encarga del diseño mecánico, en el que se debe plasmar la transición entre el mundo virtual y el físico, esto, a través de decisiones que van conformando el esqueleto del prototipo, como el modo de sostener la cámara, la orientación de la iluminación, la movilidad que debe tener el equipo.

Las tareas básicas que se deben considerar para llevar a cabo este proceso son: instrumentación, alimentación, control y seguridad, además, dependiendo del tipo de industria o del convenio que se suscriba, hay ocasiones en que debe otorgarse la documentación completa para que la empresa esté en posibilidades de replicar el equipo, pues únicamente solicitan un desarrollo teórico, no un producto terminado.

“En la instrumentación vemos qué vamos a hacer, si necesitamos capturar y cómo la necesitamos capturar: es una imagen dinámica, es una imagen estática, cuáles son las características del ambiente en donde está. Entonces, una vez que ya tenemos eso, ahora tenemos que ver cómo vamos a detectar (…) Medimos en determinado punto o ponemos ciertos sensores de referencia, o ponemos algo que nos indique cómo es que va a estar el proceso”, señaló.

Respecto a la alimentación energética, para el diseño del equipo se tienen que tomar en consideración las limitaciones que se tendrán con relación a la corriente y el voltaje, hay algunos aparatos que no se pueden conectar a las tomas de corriente ordinarias, además se debe considerar sistemas de protección para prevenir cualquier evento que pudiera ocurrir, como un corto circuito o una mala manipulación.

“La parte del control es qué voy a hacer con las señales que me entreguen, es donde nosotros hacemos una lógica, por ejemplo, si quieres mover un motor, qué es lo que necesitas saber: a qué velocidad, si voy a variar la velocidad o la voy a mantener constante, cuánto la voy a mantener”, indicó.

Para ello, por lo general se utiliza un controlador lógico programable (PLC, por sus siglas en inglés) y se maneja un lenguaje de programación conocido como escalera. Asimismo, en esta etapa se involucran los sistemas de comunicaciones, para ello se suele utilizar la interfaz RS-232, aunque se han comenzado a introducir algunos adaptadores para hacerlo por medio de un puerto USB, pues es una forma práctica para mandar y recibir datos en un software de análisis, que convierten el equipo en una especie de selector al que se le envían señales, ya se sea de sensores o de algún equipo de cómputo, y con base en ellas realizará una tarea específica.

Centro de Investigaciones en Óptica (CIO)

La unidad Aguascalientes cuenta con diversas áreas de desarrollo: aplicaciones y diagnóstico de sistemas láser, colorimetría y fotometría, así como el desarrollo tecnológico de proyectos enfocados en la medición y control de calidad de color, radiación UV y fotometría.

Fuente: CIO.

“Finalmente, la parte de seguridad es bien importante, porque tenemos que proteger al operario y al equipo (…) El diseño mecánico se elabora pensando en que no le vaya a causar daño a alguien, sobre todo en equipos donde haya elementos que produzcan algún movimiento, como motores, pistones, actuadores, incluso algunas veces estos equipos se conectan con cortadoras láser, entonces, donde haya peligro latente para el usuario siempre debe ir de la mano un sistema de seguridad”, mencionó.

Todas estas etapas son necesarias para elaborar un buen diseño para un sistema de visión artificial, pues no solo se consideran las ideas sino que se analiza cómo se pueden abordar y se hacen propuestas, proceso dentro del que se deben tener en cuenta los puntos como instrumentación, alimentación y control, pues facilitan llevar un orden y tener conocimiento de qué se debe hacer para que el equipo ofrezca resultados positivos.

Un ejemplo exitoso

Sarabia Torres sostuvo que dentro de las intervenciones para mejorar los procesos de control de calidad, uno de los proyectos más exitosos que ha realizado en el laboratorio es la máquina certificadora de partes, que se hizo con recursos del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) para la empresa Tornillos de Alba.

“Esa empresa tenía mucha gente y un montón de tornillos, estaban evaluando los tornillos y los catalogaban, pero la empresa tenía reclamos importantes porque mandaban cajas con 50 mil tornillos y les regresaban algunos porque tenían defectos, lo que para ellos implicaba un retroceso”, indicó.

Se desarrolló un equipo de visión artificial con capacidad para analizar tres tornillos de tres milímetros por segundo, cuyo funcionamiento es el siguiente: el tornillo llega a la zona de inspección donde se encuentran dos cámaras que evalúan tanto su cuerda como su cabeza y con base en los resultados se procede a hacer una selección, si se encuentra en buen estado se deja pasar, pero si presenta algún defecto es rechazado.

“Fuimos buscando alternativas porque no lográbamos la tasa de eficiencia, en la zona de inspección nos tardábamos cierto tiempo, era necesario mantener fijo el tornillo por 250 milisegundos para poderlo inspeccionar, entonces nuestro sistema tenía que llegar, poner el tornillo y después quitarlo de ahí para poner el siguiente, y a fin de cuentas se encontró una alternativa en un diseño circular”, recordó.

Para finalizar, afirmó que antes de entregar el equipo, este se probó por tres días de manera intensiva y el grado de error se ubicó por debajo de uno por ciento, lo que se consideró como bastante efectivo, pues el sistema no solamente revisaba si tenía o no algún defecto el tornillo, como lo hacían los operarios, sino que verificaba que los tornillos tuvieran el impreso en la cabeza, el color, el diámetro y la longitud adecuada, así como la separación y el número de cuerdas.

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