Como implantar un sistema de visión artificial en una planta industrial III

Implantación preindustrial:

En anteriores post he hablado de la definición del proyecto de visión artificial y su estudio en un ambiente controlado o laboratorio. Hoy quiero analizar una una de las etapas o fases a las que por mi experiencia no se le otorga la importancia que debería tener.

Una vez realizadas las pruebas en laboratorio es necesario probar el sistema en un ambiente similar al que nos vamos a encontrar en la planta industrial. Sería una temeridad por nuestra parte trasladar directamente el sistema de visión artificial validado en laboratorio a producción en planta.

En esta fase de la implantación del proyecto podremos analizar los problemas que puedan surgir en la planta y no son reproducibles en el laboratorio. Existen multitud de factores externos que pueden afectar o interferir en un proceso de implantación de visión artificial.

Muchos de estos factores no son ni considerados en la definición del proyecto o en el estudio en laboratorio. Por ejemplo, la iluminación externa es uno de los factores que puede llegar a poner en riesgo la fiabilidad del sistema. Tanto las luces de la planta como la iluminación externa puede afectar al sistema. Incluso el movimiento del sol a lo largo del día debe ser tenido en cuenta. Debido a que en función de la hora del día o de la estación del año puede incidir de una forma que interfiera con el sistema.

En general, en un ambiente industrial nos vamos a encontrar con vibraciones y otros problemas adicionales que no hemos contemplado en las fases anteriores. Aquí reside la importancia de esta fase del diseño del sistema de visión artificial. Debemos analizarnos y eliminarlos antes de la implantación final.

En esta etapa no es necesario construir el útil. Se puede realizar el posicionamiento por medio de amarres manuales. Esto simplificará la simulación y nos permitirá obtener una visión completa del conjunto sin encarecer el desarrollo del proyecto.

Es muy recomendable usar las iluminaciones o cámaras a implantar. En caso de no ser posible se debe optar por modelos similares o compatibles. De esta forma, trasladar el sistema a planta será más sencillo desde el punto de puesta en marcha y corrección de errores.

En este punto debemos tener adquirido un conocimiento exhaustivo sobre el sistema funcionando en un ambiente similar al industrial. De esta forma podremos responder lo más rápidamente posible a los posibles problemas que seguro van a surgir en la implantación definitiva en un ambiente industrial. Un conocimiento completo del sistema, incluyendo sus puntos débiles nos permitirá reducir el tiempo de respuesta ante incidencias. Algo vital en planta para minimizar el tiempo de parada.

Como implantar un sistema de visión artificial en una planta industrial II

• Estudio en un ambiente controlado o laboratorio:

El objetivo fundamental del estudio en un ambiente controlado es determinar si es viable la detección del objeto en cuestión. Para ello se debe decidir que método o estrategia vamos a utilizar. En esta fase pueden influir múltiples factores. 

Por ejemplo, para un control de calidad, debemos tener en cuenta las características de la pieza u objeto para elegir una correcta iluminación y un tipo de cámara adecuado. Es fundamental que la iluminación como el tipo de cámara se ajusten a las necesidades de nuestro proyecto. 

Una vez que hemos decidido la estrategia de detección, la cámara y la iluminación, debemos comprobar si el sistema es robusto y fiable. Para ello en las pruebas de laboratorio debemos comprobar experimentalmente cuales son la posiciones y distancia óptimas entre la cámara, la pieza y la fuente de iluminación.

Debemos tener en cuenta que, en esta fase de la implantación del proyecto nos encontramos en un ambiente controlado y limpio. El cual no presenta perturbaciones electromagnéticas o vibraciones que pueden afectar al proceso de adquisición de la señal.

En este ambiente de pruebas debemos comprobar que nuestro sistema funciona a la perfección y cumple con las especificaciones del proyecto. Teniendo siempre presente que un laboratorio o instalación de pruebas es un ambiente que dista mucho de una planta o fábrica industrial. 

No obstante deberemos tratar de asegurar que el sistema va a funcionar en un rango suficiente de condiciones adversas que permitan mitigar las distintas condiciones ambientales que nos vamos a encontrar en la planta industrial.

Ejemplo para el control del mecanizado para una pieza del sector de la automoción:

• Características e Iluminación de la pieza.

Para un control de calidad de una pieza metálica con un alto grado de reflexión, la iluminación directa puede ayudarnos a detectar el correcto mecanizado de la misma. En el laboratorio podemos observar que iluminando directamente la pieza podremos detectar con facilidad si ha sido mecanizada o no y las características de esta mecanización, en caso de existir.

La presencia de mecanizado produce un brillo intenso, el cual captura la cámara. Igualmente, en caso de no estar correctamente mecanizada lo podremos comprobar con facilidad. En este caso podremos comprobar que iluminar directamente la pieza es una estrategia correcta de actuación ante este tipo de piezas.

• Elegir la cámara para el proyecto.

En muchas ocasiones no es necesario una gran resolución para dar solución al problema que se nos plantea y cumplir con las especificaciones del proyecto. Por ejemplo, en el sistema que planteábamos anteriormente, puede no ser necesario obtener una imagen de gran resolución. Ya que debemos comprobar si ha habido mecanizado o no de la pieza en función del brillo de la zona mecanizada.

Otra de las características que motivará la elección de la cámara es la velocidad de captura de la cámara. Si trabajamos tenemos tiempos de ciclo para la inspección (toma de imágenes y análisis) del orden de segundos, no tiene ningún sentido optar por la cámara más rápida del mercado. Se puede optar, por ejemplo, por una cámara estándar de 100 mseg que nos permita responder holgadamente a los requerimientos del proyecto.

Debemos por tanto elegir la solución más económica que se ajuste a las necesidades del sistema. En este caso con una cámara de gama baja podría ser necesario. En otras ocasiones debemos optar por cámaras de gran resolución o velocidad de adquisición.

• Elegir la Iluminación.

Como hemos mencionado anteriormente la iluminación es fundamental para una correcta detección. En el mercado existen sistemas de iluminación directa, iluminación con tubos fluorescentes de alta frecuencia, leds (rojos o blancos),...

En este caso los leds rojos nos pueden aportar una iluminación estable para piezas metálicas. Además de una gran vida útil (superior a las 10000h).

• Colocación de los elementos.

Deberemos, en este punto, definir las distancias mínimas y máximas admisibles entre la cámara, iluminación y la zona de inspección. Al igual que los ángulos máximos y mínimos exigidos para un correcto funcionamiento.

Para ello lo debemos comprobar en nuestra mesa posicionadora hasta asegurarnos que todo responde a las necesidades del proyecto.

• Conclusiones finales del análisis en el laboratorio.

En este punto debemos tener claro como realizar el proyecto. Que tipo de iluminación usar. Si debemos usar más de una fuente de iluminación. Que tipo de cámara o cámaras es necesario emplear, así como las posiciones relativas entre los diferentes elementos que integran el sistema.

Con todo esto claro podemos pasar a una Implantación Preindustrial que nos acercará más a la finalización del proyecto.

Control de calidad mediante Termografía.

En la fábrica de Fiat en Melfi, donde varios modelos se encuentran en producción, desempeñan un papel importante en el programa de mantenimiento predictivo las inspecciones con cámaras de imagen térmica FLIR . La información obtenida durante los estudios de imágenes térmicas se usa para predecir los fallos eléctricos y mecánicos. Para que puedan ser reparados antes de que se conviertan en averías y tener que detener la producción. 

Hoy en día FIAT es el mayor fabricante de automóviles de Italia y uno de los mayores fabricantes de automóviles en el mundo. Teniendo en cuenta el hecho de que la fábrica de Fiat en Melfi produce unos 250.000 vehiculos por año, es fundamental que el cadena de producción sigua funcionando todo el tiempo. 

Para lograr ese objetivo FIAT, al igual que los otros fabricantes, tiene que garantizar que todos los fallos eléctricos o mecánicos se detecten y reparen antes de que se altere el ritmo de producción. Detectar los fallos en el tiempo es la tarea que se le ha asignado a RAITECH Technologies SRL Industrial. Una empresa especializada en la asistencia técnica para la maquinaria industrial. 

RAITECH fue fundada en 2010 como una división de Raichim Srl que se dedica exclusivamente al sector industrial. Raichim fue fundada en 1989. Al principio Raichim, principalmente prestó apoyo técnico para las máquinas de precisión en el sector químico y farmacéutico, pero pronto la empresa amplió sus servicios a la industria de fabricación.

Desde el año 2004 Raichim también trabaja para el Grupo Fiat. Actualmente RAITECH se encarga de los sistemas tecnológicos y de mantenimiento industrial de Fiat de Melfi. De acuerdo con el especialista en termografía RAITECH Aldo Alliata las inspecciones de termografía con cámaras de imágenes térmicas de FLIR Systems se están convirtiendo cada vez más importante dentro del conjunto de herramientas de mantenimiento de RAITECH. "La tecnología de imagen térmica es la única herramienta que realmente te permite ver el problema". 

Alliata recientemente ha sido capaz de añadir aún más valor a sus inspecciones termográficas en la planta de Melfi con una solución de conectividad de FLIR MeterLink. Se compone de una conexión Bluetooth entre la cámara de imágenes térmicas FLIR y una pinza Extech EX845. Los datos de medición se incorpora automáticamente en el la imagen térmica radiométrica. Esta nueva funcionalidad mejora considerablemente la precisión y la velocidad de las inspecciones de imagen térmica, de acuerdo con Alliata. 

La correlación entre la temperatura y la carga eléctrica está suficientemente estudiada. Durante muchos años los termógrafos han incluido capacidades de estudio de la carga. La forma más común de hacerlo es tomar las lecturas, transladar las medidas en un papel y agregarlos al informe más adelante.  Durante todos los procesos de inspecciones se genera una gran cantidad de datos y sería muy fácil que puedan perderse o ser distorsionarse las las lecturas de los diferentes instrumentos. 

Se ha optado por tanto de dotar al sistema con una conexión inalámbrica para automatizar totolamente el proceso. Siendo entonces ideal para una amplia gama de tareas de inspección electro-mecánicas que son comunes en las grandes plantas industriales de este tipo.

 

Para Alliata, el T335 FLIR con MeterLink conectividad es un gran activo. "El sistema de menús de la cámara FLIR T335 es intuitivo y fácil de usar y tiene muchas herramientas de análisis que se pueden configurar según las necesidades del trabajo. La función de MeterLink permite a la cámara recibir datos de forma automática desde un sensor Extech EX845. Su eficacia es evidente, tanto en la inspección de campo y en la fase posterior de procesamiento de informes." 

Las medidas que guarda son totalmente accesibles en el análisis. Esto elimina toda posibilidad de cualquier malentendido o error en esta etapa. "Esta combinación de una cámara de imagen térmica FLIR y una pinza de Extech excluye por completo la posibilidad de confundir la ubicación, el equipo o cargar datos de fallos individuales", concluye Alliata. "En la planta se puede trabajar más rápidamente, mientras que también reduce la cantidad de tiempo que tiene que pasar en la oficina, que a su vez me permite pasar más tiempo con los clientes." 

Para los clientes RAITECH, como la fábrica de Fiat en Melfi, estos beneficios son igualmente valiosos. La empresa cuenta con la garantía de que las inspecciones de imágenes térmicas se llevan a cabo más a fondo, con precisión y rapidez para que los recursos de mantenimiento pueden ser más eficaces.

 

Como implantar un sistema de visión artificial en una planta industrial I

• Definición del proyecto:

Lo primero que debemos hacer es definir claramente los objetivos del proyecto con la mayor exactitud posible. Tanto en un proyecto de esta naturaleza como en cualquier tipo de proyecto de ingeniería que estemos desarrollando es fundamental. 

Aún realizando una buena definición del mismo es probable en la fase final surjan discrepancias y conflictos con el cliente. Por tanto, en caso de no tener cuidado en este primer punto, más adelante nos enfrentemos a una serie de problemas derivados que en ocasiones pueden llegar a suponer un enorme costo.

Para definir completamente un proyecto de instalación de un sistema de visión artificial en una planta industrial debemos atender fundamentalmente a tres grandes puntos o preguntas que debemos respondernos:

• Estudiar la pieza u objeto en profundidad.

Se trata de analizar en profundidad la pieza o objeto a manipular o analizar. Este proceso es muy importante realizarlo en colaboración estrecha con el cliente. Si por ejemplo en nuestra aplicación necesita realizar un control de calidad, deberemos tener en cuenta las explicaciones que el cliente nos transmite para fijar el umbral para considerar una pieza defectuosa o no.

Sobre todo debemos ser flexibles en nuestra forma de trabajar y pensar. Es habitual instalar un sistema en planta y causar el pánico inmediatamente, debido a que gran cantidad de piezas son rechazadas. Posiblemente en este caso con un simple ajuste de los valores de umbral se solucione la incidencia.

• Necesidad de implantación de un sistema de visión artificial:

¿Es realmente necesario implantar un sistema de visión artificial? Generalmente podemos afirmar que la labor de inspección es muy penosa. Inspeccionar piezas durante un largo de tiempo es muy agotador. Después de un cierto periodo de tiempo el operario, con el cansancio acumulado, no rendirá igual.

Por tanto, si necesitamos asegurar un correcto control de calidad a lo largo de toda la jornada diaria, probablemente tendremos que optar por un sistema de visión artificial, que elimine o reduzca el factor humano de la ecuación.

Igualmente para implantaciones de posicionamiento y manipulación de objetos puede ser imprescindible el uso de sistemas de visión artificial. Pues lejos de añadir complejidad al sistema, nos permiten simplificarlo. 

• Puntos de inspección:

En proyectos de control de calidad, una vez estudiada la pieza u objeto en profundidad y concluido que es necesario implantar este tipo de sistema, debemos fijarnos en los puntos clave que determinan la validez de la misma.

En estrecha colaboración con el cliente se deben fijar claramente los puntos a controlar. Debiendo dejar perfectamente establecidas las dimensiones, mecanizados,...

Esto va a ser clave para proseguir a la siguiente etapa de trabajo. En la que debemos analizar el proceso en un ambiente controlado o laboratorio.