Las cámaras de visión artificial se pueden encontrar en un número creciente de sistemas de fabricación: controlando procesos, clasificando productos o realizando inspecciones de calidad. Sin embargo, se pasa por alto fácilmente el importante papel que desempeña la iluminación para ayudar a estas cámaras a unos lograr resultados precisos y repetibles.
"La iluminación es un elemento clave de cualquier sistema de visión artificial", aclara el experto en visión artificial de B&R, Andreas Waldl. Es la iluminación la que determina si la cámara ve el objeto a seguir y cómo lo ve en realidad. Además de la intensidad, el ángulo y la longitud de onda del haz, dos factores que marcan la diferencia son la sincronización precisa y el control inteligente.
Sin embargo, en el mundo real, el potencial para la sincronización se ve muy limitado. "Los sensores de visión, la iluminación, el control estroboscópico y el control de la máquina provienen cada uno de ellos de un proveedor diferente", explica Waldl. Sin un protocolo de comunicación común, el intercambio de datos entre los dispositivos tiene que pasar a través de entradas y salidas digitales.
Sincronización ajustada
Este concepto es propenso a introducir una gran variedad de retrasos y fuentes de imprecisión. Sincronizar la luz estroboscópica para disparar exactamente en el microsegundo en que la cámara abre su apertura, por ejemplo, es simplemente imposible. "Como ingeniero, todo lo que uno puede hacer es prolongar la duración del pulso estroboscópico para asegurarse de que esté encendido mientras la cámara capta las imágenes", dice Waldl. Sin embargo, al hacerlo de esta forma se acorta drásticamente la duración de vida útil de los LED.
El ingeniero podría compensarlo reduciendo la intensidad de la luz, pero ello requeriría una exposición aún más prolongada. En aplicaciones de control a alta velocidad, una exposición más larga puede dar como resultado unas imágenes borrosas. Otra opción sería amplificar la señal del sensor. "Esta opción añade ruido y disminuye la calidad de la imagen capturada", señala Waldl. "Se trata de un verdadero callejón sin salida".
En la solución de visión artificial de B&R, la cámara, el control estroboscópico y las luces son parte del mismo sistema. Y ello presenta numerosas ventajas. Dado que el control de iluminación y el sistema de automatización están sincronizados con una precisión inferior a microsegundos, los pulsos de luz pueden ser extremadamente cortos. De esta forma se prolonga la vida útil de los LED al tiempo que garantiza unas imágenes nítidas incluso de los objetos que se mueven con mayor rapidez. La cobertura de iluminación también es extremadamente uniforme y altamente reproducible. La calidad se incrementa en todos los ámbitos.
Alta intensidad
"El pulso estroboscópico extremadamente corto permite que los LED funcionen hasta un 300% de su intensidad nominal", señala Waldl. B&R puede lograr así un nivel de intensidad que sería imposible de alcanzar con la iluminación continua convencional. De esta forma se consiguen tiempos de exposición muy cortos y se reduce el ruido al tiempo que hace que permite que esta solución sea prácticamente inmune a los efectos de otras fuentes de luz.
"Las máquinas se encuentran en las salas de producción, donde las condiciones de iluminación son difíciles y cambian a lo largo del día", nos cuenta Waldl, "por lo que la luz que proviene de otras fuentes de iluminación es una fuente notoria de problemas". Al eliminar ese factor se puede mejorar notablemente la calidad de los resultados de la medición y de la inspección. El fabricante de la máquina puede lograrlo ya sea encerrando la máquina en una carcasa protectora voluminosa y costosa, o bien utilizando iluminación estroboscópica de alta intensidad.
Iluminación uniforme
Para que una aplicación de visión artificial produzca resultados consistentes, los objetos deben iluminarse de la manera más uniforme posible. Ello se puede lograr a través de luces de diseño inteligente. Cada LED de la solución B&R dispone de una lente especial para garantizar que la luz se irradie de manera uniforme. B&R calibra las luces de fábrica, por lo que no es necesario realizar ninguna calibración manual en las instalaciones ni durante la producción. Las fluctuaciones de temperatura y el paso del tiempo afectan a la intensidad de la luz generada por el LED, pero las luces inteligentes de B&R compensan estos efectos de manera automática.
Aplicación flexible
"Una solución de visión artificial que puede llevar a cabo una cosa específica realmente bien simplemente no basta", enfatiza Waldl. En la era de la Industria 4.0 y la IoT industrial, los cambios de productos sobre la marcha se están convirtiendo en un hecho cotidiano, de manera que una solución de visión debe ser capaz de adaptarse a este hecho. La solución totalmente integrada de B&R se adapta con facilidad: todos los parámetros pueden almacenarse y recuperarse a medida que sea necesario.
En cualquier momento, el usuario puede ajustar el color de las luces, la duración o la distancia focal de los pulsos estroboscópicos, el tiempo de exposición de la cámara o el ángulo de las barras de luz, simplemente con tan solo modificar la configuración del software. Utilizando los mismos componentes de iluminación, se pueden implementar tanto la iluminación de campo claro como la de campo oscuro con tan solo seleccionar unos parámetros distintos.
La importancia del color
"Muchos fabricantes de máquinas subestiman el potencial de usar flashes de diferentes colores", señala Waldl. La elección del color puede ayudar a resaltar u ocultar características específicas del producto o marcas de registro, por ejemplo. Es por ello que B&R ofrece cada uno de sus productos de iluminación, incluso los LED integrados en la cámara, con hasta cuatro colores diferentes, incluidas la luz infrarroja y la ultravioleta.
Con LED de diferentes colores, es posible tomar múltiples fotos de un producto bajo diferentes condiciones de iluminación para capturar una gran variedad de características. Y se pueden tomar en una secuencia tan rápida que solo se necesita una cámara.
Configurar en lugar de programar
"Por cierto", añade Waldl, "configurar un sistema de visión artificial ya no requiere ningún tipo de programación real en el sentido tradicional". B&R ha desarrollado componentes de software listos para usar que permiten que los usuarios puedan configurar su aplicación con tan solo arrastrar y soltar. Los componentes de software de visión artificial simplemente se pueden vincular a otros componentes que implementan elementos como el control de movimiento, la gestión de usuarios, la gestión de recetas y los sistemas de alarma. Al ser parte integrante de la red de máquinas, se pueden realizar diagnósticos exhaustivos en tiempo real. B&R ha reducido drásticamente los gastos generales de desarrollo involucrados en la creación de una aplicación de visión artificial.
Autor: Stefan Hensel, editor de comunicaciones corporativas de B&R
Andreas Waldl, Director de Producto - Visión Artificial Integrada, B&R
La gama de productos de iluminación B&R
La gama de productos de iluminación de B&R incluye barras de luz flexibles, sistemas de retroiluminación y luces anulares. Se dispone de cámaras con hasta 64 LED integrados. Cada luz dispone de un controlador estroboscópico integrado y puede tener hasta LED de hasta cuatro colores diferentes a la vez. La selección abarca desde el blanco y varios colores visibles hasta el infrarrojo y el ultravioleta. De esta forma resulta posible conseguir el contraste, el color, la iluminación y la intensidad correctos para todo tipo de aplicaciones.
Las barras de luz de B&R ofrecen un ajuste electrónico de ángulo desde -40° hasta 90°. Las barras de luz flexibles están disponibles como luces anulares premontadas en grupos de cuatro, seis u ocho. Integrada en la red de la máquina a través de un conector híbrido M12, que también suministra la potencia necesaria de 24 VCC, los sistemas de iluminación B&R solo necesitan un único cable. Una segunda conexión híbrida permite un cableado en cadena con luces o cámaras adicionales.