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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA
Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO
INSPECCIÓN DEL PROCESO DE ENSAMBLE DE UN
TABLERO DE INSTRUMENTOS AUTOMOTRIZ CON UN
SISTEMA DE VISIÓN INDUSTRIAL
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACION
PRESENTA:
JUAN MANUEL PÉREZ MARTÍNEZ
ASESORES:
DR. CHRISTOPHER RENÉ TORRES SAN MIGUEL
M. EN C. BEATRÍZ ROMERO ÁNGELES
NOVIEMBRE 2011
Inspección del proceso de ensamble de un tablero de instrumentos automotriz con un sistema de visión industrial
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Agradecimientos
Dios
Permíteme señor en este texto expresarte lo inmenso de mi gratitud hacia ti al permitirme ver
culminado un sueño que he perseguido desde hace mucho tiempo y que hoy con voluntad tuya se
vuelve realidad, gracias.
A mis padres
Porque después de Dios es a ellos a quien debo la mayor parte de lo que al momento he logrado y
lo que lograre, gracias.
A ti mamita
Sabiendo que no existirá jamás una forma de agradecerte una vida de lucha, sacrificio y esfuerzo
constante, solo quiero que sientas que el objetivo logrado también es tuyo!
Quiero que sepas que tu forma de luchar es mi ideal y que tu esfuerzo constante es mi fuerza de
voluntad y por eso te quiero, te admiro y te respeto.
A todas aquellas personas; profesores, familiares, amigos y amigas que siempre
creyeron en mí, ¡muchas gracias!
Inspección del proceso de ensamble de un tablero de instrumentos automotriz con un sistema de visión industrial
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Contenido Agradecimientos ................................................................................................................................. 2
Índice de figuras .................................................................................................................................. 7
Índice de tablas ................................................................................................................................. 12
Índice de graficas ............................................................................................................................... 12
Objetivo ............................................................................................................................................. 13
Objetivos particulares ....................................................................................................................... 13
Justificación ....................................................................................................................................... 14
Resumen ............................................................................................................................................ 15
Abstract ............................................................................................................................................. 15
Introducción ...................................................................................................................................... 16
Capítulo I. Panorama general de un sistema de visión industrial ..................................................... 19
1.1 Componentes físicos de un sistema de visión ......................................................................... 20
1.2 Sistema de iluminación ........................................................................................................... 20
1.2.1 Fuentes de iluminación, ventajas y desventajas para el sistema de visión ..................... 21
1.2.2 Técnicas de iluminación, sus efectos y sus beneficios para el sistema de visión ............ 22
1.2.3 Técnica con fuente de luz directa .................................................................................... 23
1.2.4 Técnica de iluminación con luz posterior ......................................................................... 23
1.2.5 Técnica de iluminación estructurada ............................................................................... 24
1.2.6 Técnica de iluminación difusa en los ejes ........................................................................ 25
1.2.7 Técnica de iluminación difusa fuera de los ejes o de domo ............................................ 27
1.3 Cámara de visión Artificial ....................................................................................................... 27
1.3.1 Cámaras monocromáticas ................................................................................................ 28
1.3.2 Cámaras a color ................................................................................................................ 29
1.3.3 Cámaras de alta resolución .............................................................................................. 30
1.3.4 Cámaras de alta velocidad ............................................................................................... 30
1.3.5 Cámaras alta sensibilidad ................................................................................................. 31
1.3.6 Cámaras lineales monocromáticas................................................................................... 31
1.3.7 Cámaras lineales TDI ........................................................................................................ 32
1.3.8 Cámaras lineales a color ................................................................................................... 32
1.3.9 Cámaras inteligentes ........................................................................................................ 32
1.3.10 Cámaras infrarrojas o térmicas ...................................................................................... 32
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1.4 Lentes ...................................................................................................................................... 33
1.4.1 Profundidad de campo ..................................................................................................... 34
1.5 Módulo de entradas y salidas ................................................................................................. 34
1.6 Actuadores externos ............................................................................................................... 35
1.6.1 Alarmas visuales y panel de estado ................................................................................. 35
Planteamiento del problema ............................................................................................................ 37
Sumario ......................................................................................................................................... 38
Capítulo II. Funcionamiento de los componentes de un sistema de visión. ..................................... 40
2.1 Sistema de captación .............................................................................................................. 40
2.2 Definición del campo de visión ............................................................................................... 41
2.2 Instalación de lente ................................................................................................................. 41
2.3 Conexión de la cámara, y descripción de terminales .............................................................. 42
2.4 Proceso de captura y adquisición mediante Digitalización de la imagen ............................... 43
2.5 programa de cómputo In-sight explorer ................................................................................. 44
2.5.1Facil construcción (easy builder) ....................................................................................... 44
2.5.2 Hoja de cálculo (spreadsheet) .......................................................................................... 45
2.6 Calibraciones y ajustes de la cámara previos a una captura ................................................... 45
2.7 Filtros ....................................................................................................................................... 46
2.8 Métodos de Localización e Inspección .................................................................................... 47
2.8.1 Localización o inspección mediante búsqueda de patrones ............................................ 47
2.8.1.1 Región modelo (model región) ..................................................................................... 48
2.8.1.2 Región de búsqueda (find region) ................................................................................. 48
2.8.1.3 Funciones matemáticas y operadores .......................................................................... 49
2.9 Inspección mediante extracción de histograma ..................................................................... 49
2.10 Inspección mediante Borde .................................................................................................. 50
2.10.1 Búsqueda de segmentos ................................................................................................ 50
2.11 Inspección mediante búsqueda de Blobs (manchas) ............................................................ 51
2.12 Sumario ................................................................................................................................. 51
Capítulo III. Metodología para la inspección de un tablero de instrumentos automotriz ................ 53
3.1 Reseña sobre los tableros de instrumentos automotrices ..................................................... 54
3.1.1 Indicadores ....................................................................................................................... 55
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3.1.2 Testigos ............................................................................................................................ 55
3.2 Partes del tablero .................................................................................................................... 56
3.2.1 Caja de luz ........................................................................................................................ 56
3.2.2 Difusor .............................................................................................................................. 57
3.2.3 Visualizador ...................................................................................................................... 57
3.2.4 Marco de sujeción ............................................................................................................ 57
3.2.5 Guía de luz ........................................................................................................................ 58
3.2.6 Diales o cuadrantes .......................................................................................................... 58
3.2.7 Agujas indicadoras ........................................................................................................... 59
3.2.8 PCB o tarjeta de circuito impreso ..................................................................................... 59
3.2.9 Tapa trasera...................................................................................................................... 60
3.2.10 Porta vidrio ..................................................................................................................... 60
3.2.11 Botones pulsadores ........................................................................................................ 61
3.2.12 Vidrio .............................................................................................................................. 61
3.3 Descripción del proceso de ensamble del tablero de instrumentos automotriz NBNF .......... 62
3.3.1 Colocación de display ...................................................................................................... 62
3.3.2 Colocación de la tarjeta de circuito impreso PCB y conexión .......................................... 63
3.3.3 Tapa trasera...................................................................................................................... 64
3.3.4 Colocación de cuadrantes ................................................................................................ 65
3.3.5 Inserción de agujas indicadoras ....................................................................................... 66
3.3.6 Colocación de botones, porta vidrio y vidrio ................................................................... 67
3.4 Ajustes previos en la cámara y en el programa de computadora para poder capturar
imágenes y desarrollar un el algoritmo......................................................................................... 68
3.4.1 Conexión con la cámara ................................................................................................... 68
3.4.2 Ajustes de enfoque y sensibilidad de la cámara .............................................................. 70
3.5 Inspección del primer punto crítico “correcto clipsado de la tarjeta PCB” ............................ 72
3.5.3 Inspección de los clips superiores .................................................................................... 76
3.5.4 Localización de los clips inferiores ................................................................................... 81
3.4.5 Inspecciones de los clips inferiores .................................................................................. 82
3.5.6 Inspección para la correcta conexión del cable plano ..................................................... 83
3.6 Verificación de versión e inspección de clipsado del cuadrante tacómetro ........................... 87
3.6.1 Patrón de localización ...................................................................................................... 88
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3.6.2 Verificación de versión correcta del cuadrante ............................................................... 90
3.6.3 Inspección de clipsado del cuadrante tacómetro ............................................................ 91
3.7 Verificación de versión e inspección de clipsado del cuadrante gasolina .............................. 93
3.7.1 Patrón de localización ..................................................................................................... 93
3.7.2 Verificación de versión correcta del cuadrante ............................................................... 94
3.7.3 Inspección de clipsado del cuadrante tacómetro ............................................................ 95
3.8 Verificación de versión e inspección de clipsado del cuadrante gasolina .............................. 96
3.9 Sumario ................................................................................................................................... 97
Capítulo IV. Integración del sistema de visión. ................................................................................. 99
4.1 Entorno visual entre el operario y el sistema de visión industrial .......................................... 99
4.2 Creación de un entorno visual que sirva como interfaz entre el operario y el sistema de
visión industrial en la inspección de clipsado de diales .............................................................. 104
4.2.1 Ajuste de parámetros debido a variación de dimensiones en material ........................ 106
4.2.2 Cambio de versión de cuadrante ................................................................................... 106
4.3 Interconexión del sistema de visión con el panel de visualización y sus resultados (panel
view) ............................................................................................................................................ 110
4.4 Posicionamiento de la cámara para las diferentes tomas .................................................... 113
4.4.1 Posicionamiento de la cámara para inspección posterior ............................................. 114
4.4.2 Posicionamiento de la cámara para inspección frontal en tres posiciones diferentes .. 116
4.5 Sumario ................................................................................................................................. 117
Resultados ....................................................................................................................................... 119
Tableros producidos ................................................................................................................ 120
Tiempo de retrabajo ................................................................................................................ 121
Tiempo de inspección.............................................................................................................. 121
5.1 Antes y después .................................................................................................................... 122
5.2 Localización ........................................................................................................................... 122
5.3 Trabajos a futuro ................................................................................................................... 123
Conclusiones ................................................................................................................................... 126
Referencias ...................................................................................................................................... 128
Anexos ............................................................................................................................................. 130
Algoritmo desarrollado para la aplicación de datos que comandara el sistema de visión,
inspección posterior .................................................................................................................... 130
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Algoritmo desarrollado para la aplicación de datos que comandara el sistema de visión,
inspección posterior .................................................................................................................... 132
Algoritmo para control de disparo de cámara para inspección posterior .................................. 135
Algoritmo para control de disparo de cámara para inspección frontal ...................................... 137
Índice de figuras Figura 1.1 Componentes de un sistema de visión 19
Figura 1.2 Mismo objeto diferentes posiciones de iluminación 21
Figura 1.3 Iluminación con fuente de luz directa 22
Figura 1.4 Iluminación con luz posterior 22
Figura 1.5 Iluminación de anillo e iluminación posterior 23
Figura 1.6 Aplicación de iluminación posterior en medición 23
Figura 1.7 Iluminación estructurada 23
Figura 1.8 Iluminación estructurada superficie plana e iluminación estructurada superficie con relieve 24
Figura 1.9 Iluminación difusa en ejes 24
Figura 1.10 Iluminación natural de ambiente 25
Figura 1.11 Iluminación de campo brillante 25
Figura 1.12 Iluminación natural de ambiente 25
Figura 1.13 Iluminación de campo brillante 25
Figura 1.14 Iluminación de domo 26
Figura 1.15 Cámara de visión artificial 26
Figura 1.16 Escala de grises 27
Figura 1.17 Escala de valores RGB y HSI 28
Figura 1.18 Aplicación de cámaras de alta velocidad 30
Figura 1.19 Cámara capturando espectro infrarrojo 32
Figura 1.20 ejemplo de captura con un lente con poca profundidad de campo (izquierda) y con gran profundidad de campo (derecha) 33
Figura 2.1 Sensor CCD 39
Figura 2.2 Arreglo matricial del sensor 40
Figura 2.3 Acoplamiento de lente a la cámara 40
Figura 2.4 Conector Enet 41
Figura 2.5 Conector 24VDC 41
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Figura 2.6 Identificación de terminales 42
Figura 2.7 Imagen aumentada para apreciación de pixeles 42
Figura 2.8 Programa de computo In-Sigth Explorer 43
Figura 2.9 Localización del logotipo In-Sigth con fácil construcción (easybuilder) 43
Figura 2.10 Localización del logotipo In-Sigth con hoja de cálculo (spreadsheet) 44
Figura 2.11 Con distorsión radial 45
Figura 2.12 Sin distorsión radial 45
Figura 2.13 Filtro de binarización y filtro de un color especifico 46
Figura 2.14 Localización mediante un patrón de la misma pieza en distintas posiciones y diferente escala 46
Figura 2.15 Delimitación de la región modelo 47
Figura 2.16 Delimitación de la región de búsqueda 47
Figura 2.17 Inspección de nivel de refresco en botellas mediante extracción de Histogramas 48
Figura 2.18 Localización de bordes en arco, circulo y línea 49
Figura 2.19 Localización de un segmento blanco 49
Figura 2.20 objeto susceptible de ser inspeccionado por la herramienta Manchas (blobs) para identificar puntos blancos 50
Figura 3.1 Tablero de instrumentos con indicadores de aguja y visualizador (display)
Para mostrar el estado del auto 44
Figura 3.2 Tablero con todos sus testigos encendidos 54
Figura 3.3 Caja de luces para el tablero denominado NBNF High line y low line 54
Figura 3.4 Difusor de visualizador para tablero NBNF high line 55
Figura 3.5 Visualizador (display) 55
Figura 3.6 Marco de sujeción 55
Figura 3.7 Guía de Luz utilizada en el dial de velocidad con cuatro puntos de Iluminación perpendiculares al plano de la guía de luz 56
Figura 3.8 Cuadrantes tacómetro, velocidad, y gasolina para NBNF 56
Figura 3.9 Agujas para velocímetro (grande), gasolina (pequeña) y tacómetro (pequeña) 57
Figura 3.10 Tarjeta de circuito impreso para tablero NBNF 57
Figura 3.11 Tapa trasera de tablero NBNF 58
Figura 3.12 Porta vidrio para tablero NBNF 58
Figura 3.13 Botones pulsadores 59
Figura 3.14 Vidrio de tablero NBNF 59
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Figura 3.15 Caja de luz con difusor 61
Figura 3.16 Visualizador sobrepuesto al difusor 61
Figura 3.17 Visualizador asegurado 61
Figura 3.18 Guía de luz colocada 62
Figura 3.19 Vista posterior del ensamble 62
Figura 3.20 Tarjeta de circuito impreso 62
Figura 3.21Cable plano conectado 63
Figura 3.22 Tablero cerrado por la parte posterior 63
Figura 3.23 Vista Frontal del tablero 64
Figura 3.24 Cuadrante velocímetro colocado 64
Figura 3.25 Cuadrante tacómetro colocado 64
Figura 3.26 Cuadrante gasolina colocado 65
Figura 3.27 Tablero sujetado listo para colocar plantilla guía para inserción de agujas 65
Figura 3.28 Guía sobrepuesta al tablero 66
Figura 3.29 Colocación de agujas para ser insertadas 66
Figura 3.30 Adición de botones pulsadores 66
Figura 3.31 Porta vidrio colocado 67
Figura 3.32 Vidrio colocado y tablero cerrado 67
Figura 3.33 Sub menú agregar sensor o dispositivos a la red 68
Figura 3.34 Icono de acceso rápido para agregar sensor o dispositivo 68
Figura 3.35 Ventana que muestra el listado de los dispositivos que se encuentran
Conectados en la red y permite establecer una conexión con cualquiera de ellos 69
Figura 3.36 Opción live video para visualizar imágenes en tiempo real en el menú imagen 70
Figura 3.37 Perillas para ajustar sensibilidad de luz y enfoque 70
Figura 3.38 Imagen de tarjeta PCB con los dos clips superiores a inspeccionar clipsados 71
Figura 3.39 Resultado de la herramienta color a escala de grises y su resultado en Escala de grises 72 Figura 3.40 Ventana emergente de parámetros que deben ser establecidos 72
Figura 3.41 Implementación de la herramienta de lo localización (findpatterns) Y visualización de resultados 74
Figura 3.42 Valores obtenidos fila(X), columna (Y) y ángulo 75
Figura 3.43 Visualización grafica de resultados 75
Figura 3.44 Condiciónif, mayor que 85 resuelve 1 de lo contrario resuelve -1 75
Figura 3.45 Configuración del indicador de estado (status) 76
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Figura 3.46 Herramienta encontrar línea (findline) 76
Figura 3.47 Parámetros a configurar de la herramienta encontrar una línea (findline) 77
Figura 3.48 Asignación de región de búsqueda para borde de clip 77
Figura 3.49 Estructura de borde (edge) resultado de la inspección encontrar línea
(findline) 78
Figura 3.50 Sintaxis de la función dentro de rango (inrange) y sus argumentos 79
Figura 3.51 Resultado de la función con resultado 1 y 0 de acuerdo al resultado dentro o fuera de rango 79
Figura 3.52 Resultado de las funciones adicionales 79
Figura 3.53 Estructuras de inspección para ambos clips 80
Figura 3.54 Generación de un resultado global con las dos inspecciones como argumento 80
Figura 3.55 Selección del conector como patrón de región modelo y establecimiento De la región de búsqueda 81
Figura 3.56 Estructura para el patrón de localización de la parte inferior del tablero 82
Figura 3.57 Regiones de búsqueda para clip izquierdo inferior y clic derecho inferior 82
Figura 3.58 Algoritmo para la inspección y valoración de la posición de los clips inferiores 82
Figura 3.59 Ventana de configuración de parámetros para herramienta inspección de borde 85
Figura 3.60 Ventana de configuración de parámetros para la herramienta de inspección de borde por posición 86
Figura 3.61 Resultado de la inspección de borde por posición para cada pestaña del cable plano 87
Figura 3.62 Algoritmo para las herramientas inspección de borde por posición y sus resultados numéricos 88
Figura 3.63 Imagen capturada para realizar verificación e inspección de correcto clipsado 89
Figura 3.64 Parámetros de configuración para la localización de la imagen 90
Figura 3.65 Región modelo, región de búsqueda y patrón localizado en color rojo, azul yverde respectivamente 91
Figura 3.66 Estructura de localización mediante patrón y sus resultados 91
Figura 3.67 Resultado de la aplicación de la herramienta leer código ID (readIDcode) 92
Figura 3.68 Asignación de regiones para búsqueda de segmentos con pixeles blancos En una región negra 93
Figura 3.69 Estructuras de borde para hallar segmentos de pixeles, resultados e implementación de funciones dentro de rango (inrange) y función lógica (and) 93
Figura 3.70 Imagen capturada del cuadrante de gasolina para realizar inspección
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sobre ella 94
Figura 3.71 Patrón de localización para inspección en cuadrante gasolina 95
Figura 3.72 Resultado de la estructura encontrar patrón por bordes para localización de cuadrante gasolina 96
Figura 3. 73 Estructura de código ID y resultado de lectura del código 96
Figura 3.74 Asignación de regiones de búsqueda para segmentos blancos 97
Figura 3.75 Estructuras para identificación de segmentos en ambos clips del cañón que anida el cuadrante gasolina 97
Figura 3.76 Patrón de localización para inspección en cuadrante velocímetro 98
Figura 3.77 Estructuras de localización, lectura de código datamatrix, y búsqueda de segmexntos, así como sus resultados 99
Figura 4.1 Interconexión del sistema de visión 100
Figura 4.2 Implementación de la herramienta and para la inspección superior 101
Figura 4.3 Tabla con todos los resultados y uno general para cada inspección 101
Figura 4.4 Ventana de configuración para customview 102
Figura 4.5 Personalización de la pantalla de vista para el operario 103
Figura 4.6 Estructura del comando imprimir campo (plotstring) 103
Figura 4.7 Configuración del condicionamiento de celda 104
Figura 4.8 Visualización de un ensamble bueno y un ensamble malo 105
Figura 4.9 Visualización de resultados en panel de visualización: localización, versión y clipsado 106
Figura 4.10 Implementación de campos para edición de valores 106
Figura 4.11 Sintaxis de la herramienta cuadro de listado (listbox) y resultado 107
Figura 4.12 Visualización de resultados en panel y accesos para configurar parámetros 107
Figura 4.13 Estructura de la condición para imprimirá datos cuando la sea de éxito (1) y cuando falle (2) donde C99 corresponde al resultado C100 y C101 corresponden al resultado de la verificación de versión y el resultado de la inspección de cuadrante clipsado respectivamente 108
Figura 4.14 Grafico relativo al resultado de la inspección exitosa 108
Figura 4.15 Grafico relativo al resultado de la inspección fallida 108
Figura 4.16 Programa para computadora VisionView emulador 109
Figura 4.17 Pantalla primaria de visualización 109
Figura 4.18 Lista de sensores detectados y sensores seleccionados 110
Figura 4.19 Imagen ofrecida por el panel de visualización virtual 111
Figura 4.20 Pantalla para modificación de valor numérico máxima distancia de clip 1 En tacómetro 111
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Figura 4.21 Pantalla para modificación del cuadrante velocímetro 112
Figura 4.22 Dos posiciones requeridas para posicionamiento de cámara 113
Figura 4.23 Actuador neumático con mesa deslizable acoplada 113
Figura 4.24 Par de guías lineales sobre riel 114
Figura 4.25 Localización de objetos 114
Figura 4.26 Segmentación de las 3 regiones de interés 115
Figura 4.27 Localización de objetos, movimiento en eje X 116
Figura 5.1 Ensamble de cuadrantes, “antes” 121
Figura 5.2 Ensamble cuadrantes, “después” 121
Figura 5.3 Localización de bancos de ensamble 122
Figura 5.4 Panel de visualización para sistemas de visión industrial 123
Índice de tablas
Tabla 1.1 Tipos de fuente de iluminación, sus efectos, y sus beneficios para el sistema 21
Tabla 2.1 Descripción de terminales en cable (pinout) 42
Tabla 5.1 Resultados en tiempo de una inspección a cargo de un humano 118
Tabla 5.2 Resultados en tiempo de una inspección a cargo del sistema de visión 118
Tabla 5.3 Localización 120
Tabla 5.4 Características del panel de visualización propuesto 121
Índice de graficas
Grafica 5.1 Tableros producidos por hora 118
Grafica 5.2 Tiempo de retrabajo por hora 119
Grafica 5.3 Tiempo de Inspección 119
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Objetivo Realizar una metodología que permita verificar mediante un sistema de visión autónomo el
correcto ensamble de los componentes en un tablero de instrumentos
Objetivos particulares Para el total cumplimiento del objetivo general se han creado estratégicamente una serie de
objetivos, cada uno de esos objetivos encausaran directamente al cumplimiento del objetivo
general conforme sean cumplidos
Conocimiento de los sistemas de visión, ¿qué es un sistema de visión? ¿Cómo estas
compuestos? ¿conocimiento de cada uno de los componentes? ¿Cuáles son sus
variantes?, ¿condiciones determinantes en su funcionamiento?
Compresión del principio de funcionamiento de un sistema de visión y cada uno de sus
componentes, la interacción entre cada uno de ellos y la metodología para desarrollar
algoritmos que al comandar un sistema de visión sean capaces de inspeccionar
propiedades específicas de un objeto
Reconocimiento del objeto a inspeccionar, proceso de ensamble y puntos de interés
Generación de un algoritmo que mediante la inspección de los puntos de interés se capaz
de determinar entre un objeto bueno y uno malo
Propuesta de componentes para integrar el sistema de visión
Integración del sistema de visión
Verificación de resultados obtenidos
Comparación inspección humana contra inspección mediante sistema de visión
Generación de conclusiones
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Justificación En la línea de producción de tableros de instrumento NBNF de la marca Volkswagen se he
encontrado un problema de ensamble recurrente, este problema es detectado al final de la línea,
en el momento en que se realiza la prueba o inspección final, entre algunos de los problemas más
comunes se halla el atoramiento de agujas al girar, cuadrantes de versión equivocada, o que el
visualizador (display) no enciende, estos problemas tienen su origen en un mal ensamble realizado
en estaciones intermedias, el primero y el segundo de ellos, debido a un cuadrante mal colocado
en la estación 30 y el tercero, debido a una mala conexión del cable plano en la estación 20, si
ahora se considera que debido a que no se cuenta con un sistema automatizado para verificar el
100% de la producción, entonces habría que sumar como causa potencial, el no contar con un
método de inspección del 100% de la producción que no sea susceptible de errores en algún
momento.
Estos errores de ensamble cometidos por las operadoras impactan directamente en la calidad del
producto, los niveles de producción de la línea y en los costos de producción, debido a que por
cada error se debe realizar un retrabajo.
Un sistema de visión ofrece una solución integra a los problemas que actualmente enfrentan tales
ensambles, pues mediante dicho sistema se podría verificar el 100% de la producción y además,
detectar y corregir un mal ensamble tan pronto como ha sido realizado, y no tener que detectarlo
hasta que el tablero ya fue ensamblado en su totalidad y proceder a un retrabajo o
desacoplamiento de las partes para corregir el error.
Si se analiza más a fondo esta situación, el poder detectar el mal ensamble en el mismo momento
en que es realizado y corregirlo en el mismo momento; está permitiendo el aseguramiento de la
calidad, un incremento en la eficiencia de la línea; al no tener que realizar retrabajos, y una
reducción de costos pues no se invierte mayor tiempo-hombre en corrección de errores, no se
debe pagar un salario a un inspector de calidad permanente para la línea, ni se deben hacer gastos
adicionales por sustitución de piezas debido a posibles daños en piezas al momento de
desacoplarlas para corregir el mal ensamble.
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Resumen
Este trabajo muestra el desarrollo de 2 algoritmos que comandan a dos sistemas de visión
independientes uno de otro, dichos sistemas de visión son implementados en una línea de
ensamble del tablero de instrumentos automotriz denominado NBNF destinado para un auto de la
marca Volkswagen, tal línea de ensamble produce alrededor de 380 tableros por turno de 8 horas,
siendo 2 turnos los que se trabajan por día. El sistema de visión fue aplicado al 100% de la
producción para inspeccionar cinco puntos importantes en 2 etapas, por ello 2 sistemas de visión
independientes, los sistemas fueron puestos en marcha y se verificaron los resultados obtenidos.
Abstract
This research show the development for 2 sequence programs that will provide to two vision
systems single one by the other, those vision systems will be added to an assembly production line
for create the automotive instrument cluster called NBNF it’s created for be used with a
Volkswagen car, the production line crops approximately 380 instrument clusters every turn, the
production line works 2 turns at day. The vision system will be applied to the 100% of the total
production in order to review the 5 most important things by two steps, that’s the reason for they
be independent one by the other, the two systems will be driven on march and the results will be
verified.
Inspección del proceso de ensamble de un tablero de instrumentos automotriz con un sistema de visión industrial
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Introducción
En la industrias MagnetiMarelli S.A. de C.V. Industria donde se producen autopartes para algunas
de las principales marcas ensambladoras de autos se produce el tablero de instrumentos
denominado NBNF destinado para un auto de la marca Volkswagen, en la actualidad el proceso de
ensamble ha mostrado serios problemas en puntos específicos del ensamble, estos puntos
específicos son de gran trascendencia en la calidad final del producto e incluso en el
funcionamiento de tal tablero de instrumentos debido a que las características que hacen de ese
sub-ensamble crítico un sub-ensamble bueno o un sub-ensamble malo son demasiado pequeñas y
difíciles de percibir por un humano, se ha pensado en la implementación de un sistema de
visiónencargado de realizar la inspección de tales puntos críticos en el ensamble.
En este trabajo de tesis se desarrollara la forma en que se implementara un sistema de visión
industrial para el caso específico de la inspección del ensamble de un tablero de instrumentos
automotriz en sus puntos más críticos, buscando determinar en forma autónoma por el sistema de
visión si el sub-ensamble en cuestión fue o no fue realizado correctamente.
Este trabajo se enriquece con investigación sobre las condicionantes más importantes para un
sistema de visión, como son la óptica y los efectos de la iluminación sobre una captura de imagen,
en este trabajo se presenta temas como: las técnicas de iluminación y sus efectos, también las
distintas fuentes de iluminación sus ventajas y desventajas; siempre buscando lograr una
inspección de buena calidad mediante un sistema de visión industrial que otorgue la fiabilidad
debida.
Otro tema importante que se aborda es la forma en como una cámara realiza la captura de una
imagen analógica para después convertirla en una archivo digital susceptible de ser procesado por
un controlador para su análisis, los tipos de sensores, y los accesorios que te brindan ventajas o
desventajas según el caso en particular, accesorios como filtros o tipos de lentes que de acuerdo a
las propiedades del objeto beneficiará la correcta selección de cada uno de ellos.
Una cuestión no menos importante es la interconexión en el medio físico entre la cámara, la
computadora y un medio de visualización para el operario, pues será finalmente el quien este en
estrecho contacto con el sistema de visión industrial.
La computadora aunque desarrolla un papel eventual es de suma importancia, un sistema de
visión industrial pueda diferenciar entre un objeto bueno y un objeto malo primero debe saber
que es considerado un objeto bueno y que es considero un objeto malo, o en su defecto conocer
por lo menos que es un objeto bueno para a partir de ese conocimiento poder discriminar
cualquier objeto que no coincida con lo que se ha establecido como objeto bueno.
Esta tesis muestra el desarrollo de un algoritmo que de forma autónoma determine si el sub-
ensamble fue realizado correctamente, sí es asícontinua con el ensamble del tablero en cuestión y
de no ser así el sistema de visión informa al operario cual es la falla para que estesea corregirlo y
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sometidoa una nueva evaluación con el objetivo de que sea aprobado por el sistema de visión
siempre buscando evitar la aparición de los problemas que se detallan como principales y que
afectan gravemente a la calidad y la funcionabilidad del producto.
Como parte complementaria al desarrollo del algoritmo se desarrolla la integración del sistema de
visión donde se busca como principal objetivo crear una interfaz con el operador, también
producto de todo esto se define los resultados y se da una sentencia sobre ellos.
Un sistema de visión otorgara resultados de precisión siempre y cuando las condiciones estén
dadas para tal fin por lo que también, se integran las condiciones físicas para que el sistema de
visión sea consistente.
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CAPÍTULO I. PANORAMA GENERAL DE UN SISTEMA DE VISIÓN
Este capítulo es en realidad un compendio de
información sobre lo que son los sistemas de visión,
cuales son los componentes que integran un sistema
de visión, así como las variantes de cada uno de los
componentes, sus ventajas y sus desventajas
1
Inspección del proceso de ensamble de un tablero de instrumentos automotriz con un sistema de visión industrial
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Capítulo I. Panorama general de un sistema de visión industrial
Los sistemas de visión industrial, son una combinación de dispositivos físicos (hardware) y
programas de computador (software) que permiten capturar imagen y aplicarle una serie de
técnicas, que ayudan a transformar y sustraer información importante, con la finalidad de que el
sistema tome una decisión binaria.
Basados enla técnica de adquisición de imágenes en dos dimensiones generalmente, para después
procesarlas de manera digital con el fin de extraer y medir determinadas propiedades de las
imágenes previamente adquiridas. Esta tecnología intenta entonces generar una analogía para
analizar e interpretar imágenes de la forma en que se realiza una inspección visual
humana.[Cognexeducationalservices, 2010]
Estos sistemas reciben el nombre de: sistemas de inspección visual automatizados, y actualmente
estos sistemas se han convertido en una importante herramienta en diversos campos como;
medicina, astronomía, geografía, industria automotriz, manufactura, etc.
La inspección visual autónoma se define como: proceso de control de calidad que mediante
técnicas de procesamiento digital de imágenes y reconocimientos de patrones, determina
automáticamente si un producto se desvía de las especificaciones de fabricación. [Newman y Jain,
1995]
La mayoría de los procesos industriales donde se han introducido los sistemas de inspección visual
automáticos, es en compañías donde las líneas de producción requieren:
Inspección del 100% de la producción.
Se tiene alto valor añadido de cada pieza.
Revisar grandes volúmenes de producción.
Garantizar la inspección frente a inevitables distracciones humanas.
Necesidad de control de calidad no solo del producto final sino también de los
subproductos intermedios de la cadena de producción.
Los sistemas de visión junto a otras tecnologías complementarias, permiten uniformizar el proceso
de inspección, así como también la inclusión de la inspección en etapas intermedias del proceso
productivo, con la posibilidad de ajustar dicho proceso antes de ser culminado, al tiempo que
facilitan eliminar piezas defectuosas en dichas etapas, con el correspondiente ahorro de costos y la
oportunidad de reciclar el material. [Groover, et al., 1989]
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1.1 Componentes físicos de un sistema de visión Un sistema de visión está compuesto en esencia por:
Sistema de iluminación
Cámara
Lente
Tarjeta de adquisición de datos (módulo de entradas y salidas)
Controlador o CPU (algoritmo de control)
Interface
Actuadores externos (opcional)
Figura 1.1Componentes de un sistema de visión.
1.2Sistema de iluminación La iluminación cumple la función básica de resaltar o disimular la forma de los objetos visibles,
desde el punto de vista de la cámara, las imágenes son creadas cuando la luz se refleja dentro de
la cámara, por tanto, el éxito de un buen reconocimiento de imagen depende en gran medida de
una buena difusión o dispersión de luz.
Para garantizar que el sistema sea estable es necesario acondicionar las imágenes que se están
adquiriendo lo que hace necesario obtener en ellas constantemente un alto contraste a pesar de
los diferentes cambios y condiciones exteriores tales como: ruido por luces externas, variación de
materiales, el cambio de una pieza por otra durante la inspección continua, etc.
Lente
Cámara
Cubierta de la
lente
Módulo de entradas y
salidas conectado a la
alimentación
Switch con
conexión en RED
a otros equipos
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Dentro del procesamiento de imágenes es la luz la principal responsable de otorgar siempre y en
todo momento una imagen estable y nítida para mantener en buen nivel el grado de
detección.[Cognexeducationalservices, 2010] ”lighting”
1.2.1 Fuentes de iluminación, ventajas y desventajas para el sistema de visión
Cada fuente de luz debe ser analizada de acuerdo a la manera en que contribuirá en el proceso de
adquisición de imágenes, estudiando los beneficios que cada una otorgara.
Tipo de iluminación Ventajas Desventajas
Halógeno
Muy brillante
Intensidad ajustable
Imposible ser estroboscópica
Alta temperatura
La calidad de la luz se degrada con el tiempo
Incandescente
Bajo costo
Gran disponibilidad
Imposible ser estroboscópica
La calidad de la luz se degrada con el tiempo
Fluorescente
Amplia gama de formas tamaños
Luz difusa y mínimo brillo(deslumbramiento)
Imposible ser estroboscópica
Intermitencia en la emisión de luz, Utiliza unbalastro de alta frecuencia para reducir la intermitencia en la luz
Se degrada con el tiempo
Dificultad para atenuar dicha luz
Laser
Luz altamente colimada
Los diodos laser pueden ser estroboscópica
Puede mostrar dimensiones 3D (dimensión Z)
Se expande
Luz no uniforme (textura granulosa)
Frágil
La seguridad es aún un problema, el uso de una línea de transmisión de luz mediante fibra óptica aporta al incremento de seguridad
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Tabla 1.1 Tipos de fuentes de iluminación, ventajas y desventajas [Cognexeducationalservices, 2010] ”lighting”
1.2.2Técnicas de iluminación, sus efectos y sus beneficios para el sistema de visión
La forma en que incide un haz de luz sobre un objeto es determinante al momento de obtener
contrastes de la imagen adquirida, cada técnica ofrece determinado beneficio pues el ángulo y la
dirección con que esta incide puede cambiar extremadamente la apariencia del objeto durante la
captura de la imagen.
Figura 1.2 Mismo objeto, diferentes posiciones de iluminación.
Xenón
Puede ser estroboscópica
Alta intensidad por cortos periodos
Se degrada con el tiempo
Los viejo estrobos fueron de Xenón
LED (light-emittingdiode)
Larga duración, 10,000 horas o mas
Puede ser estroboscópica
Disponible en especificas longitudes de onda (colores)
Baja intensidad (en el pasado)
Las intensidades de los LEDs se han desarrollado dramáticamente en los últimos años.
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1.2.3 Técnica con fuente de luz directa
Es una iluminación muy direccional como su nombre lo indica, como consecuencia produce
sombras muy pronunciadas, este tipo de luz se obtiene con fuentes de iluminación puntuales
“SOPTS”.
Ventajas:
Fácil de ser establecida
Se obtiene un contraste alto
Desventajas
Objetos 3D emitirán sombra
Causa reflexión tipo espejo en partes
brillantes
Figura 1.3Iluminación con fuente de luz directa.
Esta técnica de iluminación se utiliza cuando se necesita máximo contraste en imágenes de bajo
contraste, también es usada estroboscópicamente para congelar imágenes en movimiento.
La desventaja de generación de sombras en objetos 3d puede ser disminuida utilizando dos o más
fuentes de luz, o de lo contrario las sombras pueden ser utilizadas para desarrollar niveles de
contraste.[Cognexeducationalservices, 2010+ ”lighting”
1.2.4 Técnica de iluminación con luz posterior
Los objetos a iluminar se sitúan en el centro de la fuente de luz, justo sobre ellas, se suele utilizar
difusores delante de las fuentes para suavizarlas, el objeto de esta iluminación al iluminar toda la
parte posterior del objeto es proyector sombras hacia la cámara.
Ventajas
Crea un contraste optimo
Simplifica las imágenes, creando solo siluetas
Desventajas
Se pierden los detalles de la cara
Dificultad para usar en accesorios fijos
Tiene su aplicación potencial en la medición, especialmente
en medición de borde a borde en contornos o agujeros, es
recomendable utilizar un difusor de luz colimada para
obtener alta precisión.[Cognexeducationalservices, 2010] Figura 1.4 Iluminación con luz posterior.
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Figura 1.5 Iluminación de anillo e Iluminación posterior, mismo objeto.
Figura 1.6Aplicación de iluminación posterior en medición.
1.2.5 Técnica de iluminación estructurada
Este tipo de técnica permite obtener perfiles, profundidades y topografías, se sirve de la
proyección de puntos, franjas o rejillas sobre la superficie de trabajo, en función de cómo se
deforme este patrón de luz sobre la superficie se puede detectar las singularidades de la pieza
objeto de análisis.
Ventajas
De bajo costo para medir alturas o profundidades
Muestra el perfil de la superficie en bajo contraste
Desventajas
Los emisores de Laser son de costo elevado y se deben tratar
con cuidado
El análisis en eje Z no es de alta precisión
Figura 1.7 Iluminación estructurada.
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Este tipo de iluminación tiene su aplicación potencial en la medición de características continuas
como se puede notar en la siguiente figura
Figura 1.8 Iluminación estructurada superficie plana e Iluminación estructurada superficie con relieve.
1.2.6 Técnica de iluminación difusa en los ejes
Este tipo de iluminación proporciona el mejor contraste para imágenes de características
marcadas o grabadas en la superficie plana con iluminación en eje uniforme, las superficies
marcadas absorben la luz y parecen obscuras.
Ventajas
La cámara es normal con respecto al
objeto
Crea un efecto de campo brillante
Desventaja
Cualquier movimiento o vibración del
espejo puede generar una doble imagen
Figura 1.9 Iluminación difusa en ejes.
Debido a que este tipo de luz es una luz totalmente directa produce efectos de alto contraste en
las imágenes capturadas respecto al relieve de los objetos, estos efectos otorgan una gran ventaja
cuando se aprovechan los contrastes generados para la identificación de características específicas
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Efecto de campo brillante
En esta técnica los rayos de luz se hacen incidir perpendiculares a la superficie sobre la cual se está
haciendo incidir la iluminación.
Sus principales características serán:
Hace a las superficies difusas obscuras
Hace a las superficies planas y pulidas brillantes
Utilizada para enfatizar cambios de altura
Figura 1.10 Iluminación natural de ambiente figura 1.11 Iluminación de campo brillante
Efecto de campo obscuro
Contrario a la técnica de campo brillante los rayos de luz se hacen incidir sobre la superficie del
objeto analizado con cierto ángulo de inclinación como se observa en la figura.
Sus principales características serán:
Hace a las superficies difusas brillantes
Hace a las superficies planas y pulidas obscuras
Utilizada para enfatizar cambios de altura
Figura 1.12Iluminación natural de ambiente. figura1.13 Iluminación de campo obscuro.
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1.2.7 Técnica de iluminación difusa fuera de los ejes o de domo
Ventajas
Una iluminación difusa completa por lo tanto elimina las
sombras
Evita receptaculos con altas temperaturas y
deslumbramientos
Desventajas
Punto muerto debido al orificio de la cámara
Intensidad de iluminación reducida
[Cognexeducationalservices, 2010] Figura 1.14 Iluminación de domo.
1.3Cámara de visión Artificial
La función de las cámaras de visión es capturar la
imagen proyectada en el sensor, vía las ópticas,
para poder transferirla a un sistema electrónico.
Las cámaras han tenido una rápida evolución en los
últimos años. Las cámaras que se utilizan en visión
artificial requieren una serie de características
específicas, como:
El control del disparo de la cámara para
capturar las piezas exactamente en la posición
requerida. (tiempo y señales)
Control de la velocidad de obturación
Control de la sensibilidad a la luz
Figura 1.15Cámara de visión artificial.
Las cámaras de visión artificial son más sofisticadas que las convencionales, ofreciendo un
completo control de los aspectos que se enunciaron arriba tanto en aplicaciones científicas como
industriales.
Hay múltiples tipos de cámaras que se han separado en este trabajo según sus características de
utilización, cada uno de estos tipos de cámaras se describirá por separado y se consideran
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generalmente tecnologías completamente distintas. Sin embargo hay muchas características que
se superponen en estos tipos de cámaras. [Infaimon, S.L., 2010]
1.3.1 Cámaras monocromáticas
Este tipo de cámaras otorgan como resultado de su inspección una imagen en escala de grises, son
cámaras muy versátiles pues en la mayoría de los casos las inspecciones buscan determinar entre
un objeto bueno y uno malo, luego entonces si el color no es un factor determinante las cámaras a
color ofrecen una muy buena alternativa de solución, las cámaras son capaces de captar 255
tonalidades diferentes yendo desde el color negro que se considera como la tonalidad número
cero hasta el color blanco que es considerado como la tonalidad 255.
Figura 1.16Escala de grises
Cámaras de visión
artificial
Cámaras monocromáticas
Cámaras a color
Cámaras de alta resolución
Cámaras de alta velocidad
Cámaras de alta sensibilidad
Cámaras lineales monocromáticas
Cámaras lineales TDI
Cámaras lineales color
Cámaras inteligentes
Cámaras 3D
Cámaras infrarrojas/térmicas
Cámaras multiespectrales
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1.3.2 Cámaras a color Este tipo de cámaras no son utilizadas a menos que el color juegue una característica importante en la inspección a realizar, para una cámara a color cada color está compuesto de tres colores separados, por tanto cada color captado estará representado como una combinación de esos tres colores:
rojo, verde y azul (RGB) por sus siglas en ingles red, Green andblue
color, saturación e intensidad (HSI) por sus siglas en ingles hue, saturation and intensity
Figura 1.17 escala de valores RGB Y HSI
Cada componente de un pixel es convertido a un valor entre 0 y 255 para cada color
COLOR RGB HSI
ROJO (RED) 255,0,0 0,255,85 VERDE (GREE) 0,255,0 85,255,85 AZUL (BLUE) 0,0,255 170,255,85
Tabla 1.1Equivalencias entre RGB Y HSI
Algunas de las herramientas disponibles que proporciona una cámara de visión artificial a color
son las siguientes:
Presencia o ausencia de un color (mancha o área de color)
Conteo de pixeles de un color
Conteo de manchas de un color
Medición de área en un color
Conversión a escala de grises
Conversión de color a binario[Cognexeducationalservices, 2010]
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1.3.3 Cámaras de alta resolución
Una inspección es tan buena como es la calidad de la imagen que se está inspeccionando, la
calidad de una imagen depende de la cantidad de pixeles por la que está compuesta, una cámara
de alta resolución es aquella que captura imágenes segmentadas en una cantidad alta de pixeles,
en la actualidad una cámara de alta resolución ofrece imágenes del orden de los 5 mega pixeles.
Este tipo de cámaras tienen su aplicación potencial en procesos en los que se deben inspeccionar
detalles demasiado pequeños o que la calidad de la inspección es rigurosa.[Infaimon, S.L., 2010]
1.3.4 Cámaras de alta velocidad
Capaces de capturar desde 1.000 a 1.000.000 imágenes por segundo.
Los sistemas y cámaras de alta velocidad (slowmotion) se emplean en multitud de aplicaciones,
industriales, científicas, militares y de aeronáutica. Entre las aplicaciones más destacadas se
encuentran: pruebas de "crash" de automoción, estudio de proyectiles, balística, control de
fabricación, estudios en fluídica, control de turbulencia, visualización de explosión, biomecánica,
anuncios de publicidad, etc.
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Figura 1.18Aplicación de cámaras de alta velocidad.
1.3.5 Cámaras alta sensibilidad
Este tipo de cámaras se utilizan en aplicaciones donde se requiere de una imagen con gran calidad
pero en condiciones de muy baja iluminación, para mejorar la iluminación los sensores de estas
cámaras están cubiertos con polisilicio que es transparente a las longitudes de onda altas pero que
es opaca a las longitudes de onda más cortas 400nm.
Las cámaras de alta sensibilidad se utilizan habitualmente en entornos científicos.
1.3.6 Cámaras lineales monocromáticas
El concepto de barrido lineal se asocia a la construcción de una imagen línea a línea utilizando un
sensor lineal de forma que la cámara se desplaza con respecto al objeto a capturar, o bien el
objeto se desplaza con respecto a la cámara.
Este tipo de tecnología es desarrollada para aplicaciones de inspección de materiales fabricados en
forma continua, como papel, tela, o cualquier producto de este estilo, este tipo de materiales no
tienen un inicio y un fin definido, y pueden tener una longitud indeterminada, por tanto las
cámaras lineales pueden capturar una imagen de anchura conocida (tamaño del sensor) y de una
longitud ilimitada.
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1.3.7 Cámaras lineales TDI
La tecnología TDI (time delayintegration) utiliza el movimiento sincronizado para capturar
múltiples tomas de una misma línea y sumarlas obteniendo una línea con sensibilidad amplificada,
es decir en este método se combinan muchas líneas individuales a la vez con el fin de incrementar
la sensibilidad.
Con las cámaras TDI, por tanto, se puede alcanzar más velocidad con relativamente baja
iluminación con lo que es posible utilizar sistemas de iluminación más económicos, sin embargo
hay que tener en cuenta que este tipo cámaras tienen dos requerimientos fundamentales; estar
perfectamente alineadas con la dirección de movimiento de la aplicación y que la velocidad de la
aplicación sea bastante constante.
1.3.8 Cámaras lineales a color
Existen de dos tipos, las que incorporar 3 sensores lineales o las que trabajan con un solo sensor
con filtros de color para cada uno de sus pixeles.
Monosensor
Sus sensores CCD lineales que incorporan pixeles adyacentes con filtros
correspondientes a cada uno de los tres colores principales: rojo, verde y azul, esta
arquitectura tiene una buena sensibilidad.
Prisma
Los sensores se posicionan en tres caras de un prisma, este tipo de cámaras
pueden utilizarse en cualquier tipo de aplicación ya que los pixeles R, G y B
coinciden en la misma posición del objeto, este tipo de cámara tiene como
inconveniente que el prisma reduce la transmisión de luz por lo tanto se requiere
de un sensor más sensible o en otro caso utilizar una iluminación más potente.
1.3.9 Cámaras inteligentes
Este tipo de cámaras además de incorporar los elementos tradicionales de las cámaras de visión
artificial cuenta también con un procesador, memoria y sistema de comunicaciones con el exterior
puerto serie, I/O, Ethernet) y por lo tanto compone ella misma un sistema de visión artificial
completo.
Estas cámaras se encuentran disponibles en diferentes versiones; desde cámaras de resolución
estándar, hasta cámaras progresivas de alta resolución o cámaras a color.
1.3.10 Cámaras infrarrojas o térmicas
Debido a las características de los objetos a evaluar dentro de la Aplicación se pudiera requerir de
soluciones que van más allá del espectro visible, esto es aplicaciones que se encuentran dentro del
infrarrojo lejano (más de los 1µm).
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Este tipo de cámaras son capaces de determinar la temperatura de los cuerpos a partir de su
radiación infrarroja, las longitudes de onda en las que puede trabajar una cámara infrarroja son de
2µm a 5µm y de 7µm a 12µm.
Figura 1.19 Cámara capturando espectro infrarrojo
1.4Lentes Muchas cámaras utilizan lentes intercambiables, la diferencia entre estos lentes reside en esencia
en la longitud focal, la longitud focal es la distancia que existe entre el centro óptico y el punto en
donde está enfocado (plano de foco).
La longitud focal es lo que determina cuan cerca o cuán lejos aparecen los objetos cuando la
imagen se proyectó en la película o sensor de imagen, esto es el aumento y la potencia de este
aumento se mide en milímetros.
Una clasificación para los diferentes tipos de lentes se encontrara de la siguiente forma:
De ángulo amplio
Longitud focal menor que el tamaño de la diagonal que se podría trazar por el tamaño del
sensor, lente de 6mm aprox. Amplia profundidad de campo, distancia de enfoque corta.
Lente telescópico
Longitud focal mayor a la diagonal del sensor, lente de aprox. 25mm, poca profundidad de
campo, hace parecer más grandes a los objetos lejanos.
Lente con aumento o Zoom
Este tipo de lentes cuentan con una longitud focal variable regularmente oscila entre los
35 y 75mm.
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Lente tipo macro
Este tipo de lente es un lente que ha sipo optimizado para aplicaciones de gran aumento,
con este tipo de lente se logra que el tamaño de la imagen sea igual al tamaño del objeto
capturado (1:1).
Telecéntrico
Son aquellos que no distorsionan la perspectiva aun cuando se utilice un Zoom.
1.4.1 Profundidad de campo
Se entiende por profundidad de campo al rango de altura en el cual la imagen se mantiene
correctamente enfocada, este es un aspecto critico a considerar en aplicaciones de medición, esta
profundidad de campo está directamente relacionada con la apertura del lente, cuanto más
pequeña sea esta es mejor para la aplicación de medición o inspección.
Figura.1.20 Ejemplo de captura con un lente con poca profundidad de campo (izquierda) y con gran profundidad de
campo (derecha).
1.5Módulo de entradas y salidas Un Módulo de entradas y/o salidas será lo que proporcione el vínculo entre la CPU del controlador
y los dispositivos de campo del sistema. A través de estos se origina el intercambio de información
ya sea para la adquisición de datos o la del mando para el control de máquinas o actuadores del
proceso.
Están diseñados para simplificar las conexiones y ampliar las posibilidades de entradas y salidas de
los sistemas de visión, este tipo de dispositivos cuentan con un puerto de comunicación RS232
para dispositivos de serie.
Debido a que existen gran variedad de dispositivos exteriores (captadores actuadores), existen
diferentes tipos de módulos de entrada y salidas, cada uno de los cuales sirve para manejar cierto
tipo de señal (digital o análoga) a determinado valor de tensión o de corriente en DC o AC.
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Módulos de entradas digital
Módulos de salidas digitales
Módulos de entrada analógica
Módulos de salida analógica
1.6Actuadores externos Tienen como finalidad generar un efecto sobre un proceso automatizado, este recibe la orden de
un controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como
una válvula por ejemplo.
Las actuadores se pueden clasificar de acuerdo al tipo de señal que reciben y envían:
Electrónicos
Son actuadores de gran precisión, un ejemplo de este tipo de actuadores serían los
servomotores utilizados como actuadores de posicionamiento preciso.
Hidráulicos
Estos funcionan a base de fluidos a presión, ofrecen como principal ventaja altos coeficientes
de fuerza pero una respuesta lenta, un ejemplo de este tipo de actuadores son los cilindros
hidráulicos.
Neumáticos
Son aquellos mecanismos que realizan trabajo mecánico teniendo como fuente de energía aire
comprimido, este tipo de efectores debido a las propiedades de los gases tienen buena
velocidad de respuesta y aunque la fuerza que pueden imprimir es menor a la de un efector
hidráulico, no deja de ser considerable. Como ejemplo se puede considerar a cilindros de
simple y doble efecto neumáticos.
Eléctricos
Solo requiere de energía eléctrica como fuente de poder, es altamente versátil, un ejemplo de
estos es un motor eléctrico, pero una de sus desventajas es su velocidad y su operación, esto
ocasiona que en la mayoría de los casos se deban utilizar reductores.
1.6.1 Alarmas visuales y panel de estado
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Desarrolladas en la mayoría de los procesos de manufactura o ensamble para atraer la atención
del operario hacia un indicador del estado de la máquina, dependiendo del tipo de proceso esta
alarma puede ser simple o más sofisticada y puede ir desde un simple punto de iluminación que de
acuerdo a un código de colores estandarizado muestra un estado especifico del equipo o hasta un
panel de visualización en el cual se puede monitorear el estado del equipo pero pueden llegar a
ser tan precisos que estos pueden mostrar el estado de cada una de las variables del PLC o CPU.
Además de visualizar el estado de cada una de las variables algunos modelos de panel view
ofrecen la posibilidad de modificar incluso el estado de las variables en el PLC o CPU, este tipo de
paneles adoptan el nombre de HMI (human machine interface) interfaz hombre maquina por sus
siglas en ingles.
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Planteamiento del problema Una inspección humana ofrece como principal ventaja el bajo costo de inversión, pero no
garantiza la inspección, pues esta será relativa a la apreciación de cada individuo, si a esto se suma
que el tiempo que tomara a un individuo realizar la inspección pudiera ser alto, esta inspección
podría ser eliminada desde la primera instancia cuando se habla de una producción de clase
mundial.
Una inspección por sensores es fiable y de costo moderado, además de que ofrece rapidez pues la
inspección no tomara más de unos cuantos segundos, solo el tiempo para que la señal sea
transmitida al controlador, que esta sea procesada y evaluada para después recibir un juicio por
parte del controlador, controlador que contendrá una lógica establecida relativa a la evaluación
que debe realizar.
Un sistema de visión aunque es más costoso, sin ser excesivo, ofrece mayor rapidez y lo realmente
importante, accesibilidad, pues algunas inspecciones para sub ensambles delicados resultarían
imposibles de realizar con sensores y muy fáciles de realizar con un sistema de visión, otra ventaja
del sistema de visión es que las cámaras están dotadas con un controlador, con esto se logra la
lógica de control desde la misma cámara y se obtienen salidas como respuesta de cada inspección.
En el ensamble de tableros de instrumentos automotrices para autos comerciales actuales se
cuentan con partes como:
caja de luz
tarjeta de circuito impreso o PCB por sus siglas en inglés printedcircuitboard
difusor
visualizador o display
guía de Luz
cuadrantes
agujas
porta vidrio
lente o vidrio
tapa trasera
Entre otras dependiendo el modelo, versión y clase de auto mismas que al ser ensambladas deben
ser revisadas inmediatamente después de haber sido montadascada una de estas.
Algunos de estos sub ensambles pueden ser evaluados directamente por el operario del banco de
ensamble pero algunos otros deben ser inspeccionados de forma más minuciosa debido al alto
impacto que tiene dicho sub ensamble para la calidad final del producto o por ser estos sub
ensambles de trascendente importancia para el funcionamiento del producto, luego entonces
dichos sub ensambles no pueden tomarse tan a la ligera pues la eficacia con que se realicen cada
uno de estos ensambles será en si la calidad del tablero de instrumentos en cuestión.
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Durante el ensamble de un tablero de instrumentos los errores más frecuentas son debido a una
mala inspección en el ensamble y estos son los siguientes:
Tarjeta de circuito impreso PCB mal clipsado lo que ocasiona que esta no este fija y tenga
movimiento dentro del tablero de instrumentos.
Cable plano del indicador o display mal colocado que en efecto se traduciría al
funcionamiento incorrecto de tal objeto o en algunos casos definitivamente a que este no
funcionara.
Cuadrantes o diales mal clipsados lo que ocasiona interrupción del movimiento de las
agujas indicadoras generar un desplazamiento como respuesta de la magnitud medida.
Cuadrantes equivocados de versión, es decir un tablero de línea equipada (high line) con
cuadrantes de línea base (low line).
Este trabajo busca mediante un sistema de visión industrial disminuir la frecuencia con que
suceden estos principales errores de ensamble buscando aumentar la eficiencia de la línea de
producción de la empresa, con esto evitar retrabajos así como perdidas.
Sumario
En el capítulo primero se han revisado las posibles variantes de cada uno de los componentes del
sistema de visión, se ha descrito la forma de utilización así como las ventajas y/o desventajas que
cada variante de cada componente ofrece.
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CAPÍTULO II. FUNCIONAMIENTO DE LOS COMPONENTES DE UN SISTEMA DE VISIÓN.
En el desarrollo de este capítulo se muestran las
características detalladas de los objetos que
constituyen el sistema de visión, objeto de este
trabajo, así también el principio de funcionamiento de
los mismos, y la descripción de la manera en que
trabajan algunas de las herramientas con que se
realiza inspección.
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Capítulo II. Funcionamiento de los componentes de un sistema de
visión. Como cualquier sistema, un sistema de visión es constituido persiguiendo un objetivo, este
sistema está compuesto de más de un dispositivo, y cada uno de estos dispositivos cumple una
tarea en particular y solo con el cumplimento de las tareas que cada uno tiene encomendado en
conjunto se puede lograr el funcionamiento del sistema de visión.
2.1 Sistema de captación La cámara es el dispositivo de que utilizando un tipo específico de lente reconstruye una imagen
sobre un elemento sensible o sensor, y la transmite al sistema de adquisición del procesador o
controlador, dicha transmisión puede ser digital o analógica. En otras palabras los sistemas de
captación son los transductores que convierten la radiación luminosa reflejada (escena), en
señales eléctricas de video.
La cámara desempeña la función de sensor en un sistema de visión, los sensores de imagen son
componentes sensibles a la luz, que modifican su señal eléctrica en función de la intensidad
luminosa que perciben. Existen distintas tecnologías para la captura de imágenes, siendo la
naturaleza del proyecto, la que determine la más adecuada en cada caso.
Las cámaras más comunes son las basadas en CCD por sus siglas en inglés (chargecoupleddevices)
o dispositivos de acoplamiento de carga, son las comunes debido a su bajo costo, bajo consumo,
buena resolución, durabilidad y facilidad en el manejo. Son consideradas como dispositivos que
poseen una baja deformación geométrica de la imagen, buena sensibilidad de luz, así como
resolución, el tiempo de captura de la imagen, se encuentra característicamente en el rango de
1/60 s y 1/10000 s. utilizan un arreglo CCD que se ha convertido en el estándar tecnológico de
dichas cámaras.
Figura 2.1 Sensor CCD.
El mecanismo de transferencia de la carga de un CCD se produce cuando la luz o fotones incide en
la superficie del CCD, entonces se acumula una cantidad de carga o electrones en cada celda del
sensor de CCD (elementos fotosensibles) esta energía acumulada estará en función de la luz
incidente. Finalizada esta etapa, la carga de cada una de las celdas del sensor de CCD debe
transferirse hasta el dispositivo de salida para que la información de exposición sea transformada
mediante el proceso de digitalización en una imagen digital.[Vargas, 2010]
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Figura 2.2 Arreglo matricial de sensor CCD.
2.2 Definición del campo de visión Este parámetro es importante debido a que tanto mayor sea el área destinada al campo de visión,
menor será la resolución para el sensor, esto es debido a que cada pixel deberá contener más
información, esto es el campo de visión es inversamente proporcional al grado de detalle que se
visualizara, el campo de visión viene determinado por la longitud focal del objetivo y el tamaño del
sensor de imagen, ambos se hallan especificados en una hoja de datos de la cámara.
La longitud focal del objetivo se define como la distancia entre el objetivo de entrada y el punto en
que convergen todos los rayos de la luz hacia un punto (sensor de la cámara). Cuanto mayor es la
longitud focal, más estrecho es el campo de visión.
La manera más rápida de averiguar la longitud focal de objetivo necesaria para campo de visión
concreto es utilizar una calculado de objetivos en line, para realizar este cálculo se debe conocer el
tamaño del sensor, la distancia de la cámara al objetivo y el tamaño de la imagen a capturar.
2.2 Instalación de lente La instalación de un lente adecuado permitirá al sistema de visión adquirir imágenes de video en
tiempo real para realizar los primeros ajustes, la longitud focal exacta necesaria depende de la
distancia de trabajo y de la profundidad de campo que cada aplicación de visión requiera.
Figura 2.3 Acoplamiento del lente a la cámara.
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2.3 Conexión de la cámara, y descripción de terminales
El sistema de visión cuenta con un conector denominado ENET y otro de alimentación, 24VDC, el
primero de estos provee de la conexión Ethernet para la comunicación de la cámara con la red y el
conector 24VDC entrega la conexión para la fuente de alimentación a 24 volts de corriente directa,
entradas y salidas, trigger para la adquisición, y la comunicación serial.
Figura 2.4 Conector ENET
El conector ENET es un conector tipo M12 y en su contraparte el cable es del tipo RJ45, esta otra
terminal se debe conectar ya sea al computador o al switch o router, según sea el caso.
Figura 2.5 Conector 24VDC
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Figura 2.6 Identificación de terminales
Numero de PIN Señal Color del cable
1 Alimentación +24VDC Blanco y verde (rayado) 2 Trigger + Verde 3 Trigger - Blanco y naranja (rayado) 4 Salida 0 de alta velocidad Azul 5 Salida 1 de alta velocidad Blanco y azul (rayado) 6 Receptor RS232 Naranja 7 Transmisor RS232 Blanco y café (rayado) 8 Tierra cafe
Tabla 2.1 Descripción de terminales en cable (pinout)
2.4Proceso de captura y adquisición mediante Digitalización de la imagen El sensor CCD convierte la iluminación a una señal de voltaje analógico, luego la cámara convierte
el voltaje analógico en una salida digital, ya como variable digital la imagen es dividida en un mapa
de cuadros llamados pixeles.
Cada pixel contiene una localización especifica dentro de la imagen (coordenadas X/Y) y un valor
de intensidad de brillo.
Figura 2.7 Imagen aumentada para apreciación de pixeles.
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2.5programa de cómputo In-sightexplorer
Figura 2.8Programa de cómputo in-sightexplorer
In-sightexplorer provee de una robusta, flexible y eficiente plataforma para configurar las
herramientas además de que a través de él se maneja la aplicación de datos creada para una
aplicación de visión, existen dos modalidades de desarrollo dentro del software, fácil construcción
(easybuilder) y hoja de cálculo (spreadsheet).
2.5.1Facil construcción (easybuilder)
Ofrece como principal ventaja una forma de trabajar demasiado simple pero su uso se halla
limitado a las propias funciones con las que cuenta el software, es decir no cuenta con gran
versatilidad, pero es tan simple como jalar herramientas desde los menús de estas, y es también
demasiado grafico a cerca del tipo de trabajo que está realizando, por tanto es muy entendible
pero poco funcional cuando de aplicaciones específicas se trata.
Figura 2.9 Localización de logotipo in-sight con easybuilder.
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2.5.2 Hoja de cálculo (spreadsheet)
Realizar una aplicación de datos de un sistema de visión es más complicado si esta se realiza en
hoja de cálculo pero la eficiencia de la aplicación tendrá como único limite la creatividad del
desarrollador, pues al uso de hoja de cálculo como plataforma permite al desarrollador el uso de
herramientas matemáticas y lógicas que harán de la aplicación una aplicación sumamente
poderosa, tan poderosa y robusta como el mismo desarrollador lo desee.
Figura 2.10 Localización del logotipo in-sight con hoja de cálculo.
2.6 Calibraciones y ajustes de la cámara previos a una captura Debido a la forma de cada lente óptico estos presentan un efecto de distorsión en la imagen que
se está capturando llama distorsión radial
Para obtener coordenadas o magnitudes reales es necesario realizar una calibración, esta
calibración será la relación de aspecto entre el mundo real y en imagen (pixeles), esta calibración
dependerá siempre la distorsión radial que genere en la imagen capturada y esta a su vez es
resultado de la distancia de trabajo, el montaje de la cámara, y el lente que se utiliza.
Cada cámara dependiendo de la forma en que esta se halle colocada puede mostrar una distorsión
de perspectiva, a manera esta distorsión de perspectiva se debe colocar la cámara perpendicular a
la cara del objeto a inspeccionar.
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Figura 2.11 Con distorsión radial. Figura 2.12Sin distorsión radial.
2.7Filtros Son utilizados como herramientas adicionales a la captura, estos filtros resaltan alguna propiedad
en específico de la imagen como resaltar contrastes o brillos, se debe mencionar que
dependiendo la situación los filtros no siempre suelen ser de gran ayuda.
En la siguiente imagen se muestran solo de manera ilustrativa el efecto de dos de ellos
Figura 2.13 Filtro de binarización y filtro de un color en específico.
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2.8Métodos de Localización e Inspección Antes de realizar una inspección se debe analizar cuidadosamente lo siguiente:
Determinar qué es lo que necesita ser inspeccionado (presencia y posición)
Comprender que es considerado bueno y que es considerado malo (características que lo
determinan)
Decidir qué resultados y como deben ser mostrados al usuario.
Cuando se realiza una inspección, esta inspección se asigna a cierta región dentro de la región
visible para la cámara, pero si se considera que la pieza no estará siempre en el mismo lugar
debido a que se trata de una producción en serie, entonces es siempre recomendable hacer una
localización de cada imagen buscando en ella una característica sobresaliente del objeto que se
inspecciona para a partir de ella lograr una referencia para todas las demás herramientas
2.8.1 Localización o inspección mediante búsqueda de patrones
La herramienta de búsqueda de patrones será utilizada en aquellos casos en los que se trate y
busque un modelo específico o un patrón en la imagen, findpatternses demasiado útil cuando
todas las partes que se inspeccionaran mantienen una propiedad constante o que parece similar
para todas.
Esta herramienta puede ser utilizada ya sea bien para determinar presencia o ausencia de un
patrón o para localización y referencia de una captura siempre y cuando todas mantengan una
propiedad especifica en común dentro de la imagen
Figura 2.14Localización de misma pieza en distintas posición y distinta escala mediante patrón.
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2.8.1.1 Región modelo (model región)
Se entiende por región modelo a esa parte especifica de la captura por la que se buscara en cada
imagen obtenida.
Figura 2.15Delimitación de la región modelo.
2.8.1.2 Región de búsqueda (findregion)
Entiéndase como el espacio dentro del cual es permitido encontrar el modelo entrenado.
Figura 2.16 Delimitación de la región de búsqueda.
De una inspección o localización mediante búsqueda de patrones se obtendrá como resultado los
siguientes datos:
Row (X) fila
Col (Y) columna
Angle (°) ángulo
Scale (%) escala
Score (%) calificación
Una vez que se cuenta con los valores numéricos de cada una de las características que se
enlistaron, entonces estos datos pueden ser procesados o analizados en la manera en que resulte
más conveniente para obtener un dato deseado ayudándose de las funciones matemáticas.
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2.8.1.3 Funciones matemáticas y operadores
Dado que esta herramienta es desarrollada teniendo como plataforma una hoja de cálculo; se
tendran disponibles para uso herramientas como las siguientes, entre otras:
Lógicas: and, if, inrange, not, or
Búsqueda: choose, counter, switch
Matemáticas: abs, exp, random, sqrt
Stadisticas: max, mean, min, sdev
Trigonometricas: cos, radians, sin, tan
2.9Inspecciónmedianteextracción de histograma Extracción de histograma es una herramienta que realiza un cálculo estadístico en relación a la
escala de grises en una región específica de una imagen
escala de grises = 0 → blanco
escala de grises = 255 → negro
Figura 2.17 Inspección de nivel de refresco en botellas mediante extracción de histograma.
Los resultados que se obtienen de una inspección mediante extracción de histograma son los que
siguen:
threshold es el parámetro que se toma como referencia para realizar la binarizacion,
la separación de blanco y negro (0-255)
darkcount numero de pixeles de debajo del threshold
brightcount numero de pixeles por encima del threshold
avarage promedio en el que se encuentran la mayoría de pixeles sobre la escala de
grises
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2.10Inspección mediante Borde Un borde representa el lugar de una imagen en la que se da una transición de obscuro a claro o
viceversa, estos bordes pueden ser rectos, curvos o incluso un circulo completo.
Figura 2.18Localización de bordes en arco, circulo y línea.
Este tipo de inspección tiene su aplicación potencial en medición de partes, encontrar círculos,
localizar partes rápidamente o determinación de contrastes.
2.10.1 Búsqueda de segmentos
La búsqueda de segmentos es una herramienta complementaria a una búsqueda de bordes, una
búsqueda de segmentos tiene como objeto localizar un par de bordes en polaridad opuesta
Figura 2.19Localización de un segmento blanco.
Al usar este tipo de inspección se tiene como resultado valores de distancia y promedio (contraste
entre los 2 ejes), al igual que esta herramienta existen algunas otras que operan de forma similar
como son encontrar línea, encontrar círculo, encontrar curva, etc.
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2.11Inspección mediante búsqueda de Blobs (manchas) Tiene como objeto de búsqueda a un grupo de pixeles unidos de bajo o por encima de un límite de
aceptación (threshold) respecto a una escala de grises.
Figura 2.20Objeto susceptible de ser inspeccionado por blobs para identificar puntos blancos.
En la búsqueda de manchas se detectan formas blancas en un fondo obscuro o formas obscuras en
un fondo claro.
2.12 Sumario El capítulo segundo se ha estudiado la forma en como el principal componente funciona, es decir
el modo en que trabaja la cámara y como procesa la imagen, también se han revisado las
principales herramientas a utilizar para desarrollar una aplicación de datos que comande al
sistema de visión y los conceptos implícitos en ellos
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CAPÍTULO III. METODOLOGÍA PARA LA INSPECCIÓN DE UN TABLERO DE INSTRUMENTOS AUTOMOTRIZ.
Esta sección es destinada a mostrar la forma en que
es ensamblado un tablero de instrumentos
automotriz, los puntos en los que la producción de
este tablero presenta complicaciones de ensamble y
la forma en que se realiza una inspección de esos
puntos mediante un sistema de visión.
3
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Conocimiento de las partes que lo
componen
Se conoce ya
el proceso
Identificación de los puntos
críticos de ensamble
Se conoce ya
puntos críticos
Creación de condiciones para el
funcionamiento de la cámara
Captura de imágenes para desarrollar
posible algoritmo de inspección
I
Capítulo III. Metodología para la inspección de un tablero de
instrumentos automotriz El tablero de instrumentos en cuestión es ensamblado por partes, la línea completa consta de 7
estaciones o bancos de ensamble, el sistema de visión será aplicado solo a dos de ellos, pues por la
propia naturaleza detales ensambles es difícil de inspeccionar mediante sensores, en las
estaciones anteriores la aprobación de tablero para continuar a la siguiente estación se realiza
mediante sensores orientados a un algoritmo cargado en un PLC que es finalmente quien
determina si el o los ensambles son correctos, estas dos estaciones a las que se aplicara el sistema
de visión son estaciones intermedias, aun así se explicara todo el proceso de ensamble como el fin
de que este sea comprendido, se ha desarrollado una estrategia de trabajo que a continuación se
detalla.
Inicio
Reconocimiento del producto
si
no
Estudio del proceso de ensamble del
tablero de instrumentos automotriz
si
no
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Formulación de posible algoritmo de
solución
Es capaz de
Localizar la imagen
Identifica los
puntos de interés
Discierne entre
ensamble bueno y malo
Integración del sistema y creación de
interfaz con el usuario
Creación de informe de resultados y
emisión de conclusiones
Funciona
adecuadamente
3.1 Reseña sobre los tableros de instrumentos automotrices
El funcionamiento normal de una máquina de combustión interna genera desgaste en sus
componentes, este desgaste es mayor cuando estos componentes son sometidos al límite de su
capacidad mecánica por lo que es necesario contar con instrumentos de control adecuados que
prevengan el deterioro prematuro del conjunto del motor.
Un panel de instrumentos o cuadro de instrumentos es un conjunto de instrumentos en
indicadores en vehículos que comprende:
I
Fin
si
no
si
no
si
no
si
no
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Indicador de velocidad del vehículo
Tacómetro o cuentarrevoluciones
Indicador de temperatura del refrigerante
Indicador de combustible restante
Figura 3.1 Tablero de instrumentos con indicadores de aguja y display para mostrar estado del auto.
Estos indicadores funcionan de la forma que funcionaria un reloj analógico o digital o una mezcla
de ambos. Además de estos se encuentran una serie de testigos luminosos de simbología
normalizada, por ejemplo: el testigo de presión de aceite, carga de batería, indicadores
intermitentes, entre otros.
3.1.1 Indicadores
Inicialmente el desplazamiento de la aguja se hacía por medios magnéticos, actualmente se
realiza por medio de motores a paso, el movimiento de estos motores a paso es generado
electrónicamente por medio de un circuito integrado.
Los cuadros de instrumentos de última generación llevan incorporados microprocesadores
capaces de mostrar gráficos en pantallas LCD, si bien se siguen utilizando instrumentos con agujas
es esto solo por ser más fáciles de visualizar.
La forma en que cada indicador se actualiza es porque el microprocesador del tablero de
instrumentos mantiene una conexión permanente con el bus CAN de la computadora del vehículo.
3.1.2 Testigos
Los testigos no son más que lámparas integradas en el tablero de instrumentos agrupadas de
manera racional y capaces de llamar la atención del conductor, buscando alertar sobre posibles
problemas de seguridad o mecánicos graves con el fin de evitar daños, algunos de los testigos que
debe incluir un tablero de instrumentos son: presión de aceite, carga de batería, temperatura
excesiva del refrigerante, nivel del líquido de frenos, entre otros.
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Figura 3.2 Tablero con todos sus testigos encendidos.
3.2Partes del tablero Como se ha mencionado un tablero de instrumentos automotriz es compuesto por distintos
objetos, cada uno de estos con un objetivo en particular por desarrollar, en conjunto constituyen
al tablero de instrumentos y cada una de estas partes tiene su grado de importancia, es
importante conocer a cada uno a fin de poder tener un mejor panorama sobre la problemática
que podría causar su ensamble.
3.2.1 Caja de luz
La caja de luz es el objeto que tiene por fin, alojar dentro de ella la fuente luminosa, en este caso
Diodos LED, aloja a la fuente luminosa buscando evitar fugas o desperdicios de luz y también
busca direccionar la emisión de luz de modo que esta pueda ser aprovechada de la mejor forma.
Al ser la iluminación del tipo LED y contar además con diferentes colores al contar con iluminación
general y de propósito específico como es el caso de los pilotos, la caja de luz debe contener
diferentes cavidades, aisladas o compartidas una de otra según convenga al propósito de la
iluminación.
El material del que está constituida una caja de luz por razones de su misma utilización deber ser
material que no transfiera la luz a través del, así solo la direccionara sin absorber ni una parte de
ella.
Figura 3.3 Caja de luces para el tablero denominado NBNF.
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3.2.2 Difusor
Generalmente se trata de un dispositivo plano que tiene como objeto distribuir uniformemente
sobre su superficie la luz que incide sobre él, para así después de haber cruzado la luz sobre el esta
sea emitida en condiciones de uniformidad.
Figura 3.4Difusor de display par tablero NBNF.
3.2.3 Visualizador
Tiene como objeto mostrar información importante al usuario a cerca del estado del auto.
Figura 3.5Visualizador (display) NBNF.
3.2.4 Marco de sujeción
Estructura plástica con forma predefinida a fin de que sujete firmemente al visualizador (display) y
al difusor a la caja de luces
Figura 3.6Marco de sujeción.
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3.2.5 Guía de luz
Objeto que tiene como propiedad esencial el que puede transmitir luz sin absorberla, es utilizado
cuando la fuente de luz no se encuentra directamente focalizada sobre lo que se quiere iluminar,
además de transmitirla la distribuye uniformemente, esta guía está en contacto directo con la
fuente de luz en puntos específicos solamente.
Figura 3.7 Guía de luz utilizada en el dial de velocidad, con cuatro puntos de iluminación en las extremidades
perpendiculares al plano de la guía de luz.
3.2.6 Diales o cuadrantes
Es en los cuadrantes donde se encuentra la graduación sobre la cual se mostrara la medición
obtenida de cada parámetro (revoluciones por minuto del motor, velocidad y gasolina), además de
que debido al trabajo de serigrafía al que fueron sometido, en ellos se encuentran grabados como
transparencias cada uno de los testigos con que cuente cada tablero, existen dos tipos de
cuadrantes para cada parámetro, esto es, son diferentes entre sí, los cuadrantes para high line y
para low line
Figura 3.8Cuadrantes tacómetro, velocidad y gasolina para NBNF
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3.2.7 Agujas indicadoras Objetos que tiene como fin posicionar la extremidad con punta cerca de algún digito en los
cuadrantes, buscando otorgar la indicación de la magnitud de la propiedad que esta designado a
medir, en la otra extremidad exactamente al centro y perpendicular a la misma barra o aguja
cuenta con un cañón de diámetro y longitud definidas, este cañón está destinado a alojar dentro
de el al eje de un servomotor, el cual será el responsable de posicionar a la aguja en la posición
correcta relativa a la magnitud medida.
Figura 3.9 Agujas para velocímetro (grande), gasolina (pequeña) y tacómetro (pequeña)
3.2.8 PCB o tarjeta de circuito impreso
Aloja en ella toda la electrónica necesaria que se encargara de realizar toda la lógica de control
para la medición de las variables de interés, entro los más importantes componentes se
encuentran, el microprocesador, los servomotores, bocina, phototransistor, conector, también
cuenta con algunos otros componentes más comunes pero no por eso menos importantes como,
resistencias, capacitores, transistores, inductores, diodos y diodos LED etc.
Figura 3.10 Tarjeta de circuito impreso con sus componentes para tablero NBNF high line.
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3.2.9 Tapa trasera
Puesto que la tarjeta PCB es el último objeto en la parte posterior, se vuelve necesario proteger a
esta de cualquier contacto con el exterior, debido a eso se coloca una taba en la parte posterior
como la siguiente:
Figura 3.11 Tapa trasera de tablero NBNF.
3.2.10 Porta vidrio
Este artefacto, da una elevación o separación a partir de los diales hacia el vidrio, además sección
perfectamente a cada área de indicación, tacómetro, velocidad y gasolina.
Figura 3.12 Porta vidrio para tablero NBNF High Line.
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3.2.11 Botones pulsadores Dispositivos plásticos mediante los cuales se logra la permutación o cambio de estado de los
switches en PCB para verificar odómetro y restablecerlo a cero.
Figura 3.13Botones pulsadores.
3.2.12 Vidrio
Tiene como objeto proteger al tablero de instrumentos de agentes como: polvo o intervenciones
en el funcionamiento, esto sin bloquear la visibilidad de los indicadores, aun cuando se le llama
vidrio, este no es propiamente de ese material pues sería un tanto riesgoso, más bien se trata de
un tipo de polímero (acrílico).
Figura 3.14Vidrio del tablero NBNF.
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3.3Descripción del proceso de ensamble del tablero de instrumentos automotriz NBNF La caja de luz fungirá como el alma del tablero ya que sobre ella se encuentran alojados todos los
componentes que lo integran.
3.3.1 Colocación de display
a) colocación del difusor de luz del display en la
caja de luz con el fin de que la iluminación en display
sea uniforme
Figura 3.15 Caja de luz con difusor.
b) colocación del display sobre el difusor, se
debe mencionar que el display va sujetado
a la caja de luz mediante clips
Figura 3.16Visualizador (display) sobrepuesto al difusor.
c) colocación del marco de sujeción para fijar al
display y al difusor, este va clipsado en cuatro puntos a
la caja de luz
Figura 3.17Visualizador (display)asegurado.
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d) 1.4 colocación de la guía de luz para el
segmento de velocímetro, esto hará que la
luz se transmita a toda la superficie del
cuadrante o dial
Figura 3.18Guía de luz colocada.
3.3.2 Colocación de la tarjeta de circuito impreso PCB y conexión
En la caja de luz por la parte posterior, se encontrara el primer punto crítico para inspeccionar
dentro de nuestro sistema de visión, se debe garantizar la firme sujeción de la tarjeta PCB a la caja
de luz.
Figura 3.19Vista posterior del ensamble.
a) Fijación del PCB a la caja de luz utilizando
guías (pivotes) para obtener posición adecuada y
clips para fijarla a la caja de luz
Figura 3.20Tarjeta de circuito impreso colocada.
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En el siguiente paso se hallael segundo punto de interés, y esto será verificar la correcta conexión
del cable plano a la tarjeta.
b) Conexión del cable plano del display a la
tarjeta
Figura 3.21Cable plano conectado.
3.3.3 Tapa trasera
Esta es montada a presión y al igual que la tarjeta es guiada por pernos o pivotes y sujetada
solamente por clips
Figura 3.22Tablero cerrado por la parte posterior.
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3.3.4 Colocación de cuadrantes Trátese nuevamente sobre la parte frontal al tablero
Figura 3.23Vista frontal del tablero.
El siguiente paso será la colocación de cada uno de los diales en su respectiva posición, he aquí el
tercer punto crítico de inspección para el sistema de visión, el correcto clipsado de los cuadrantes
para evitar atoramientos en la trayectoria de las agujas, y otro más será verificar que el cuadrante
colocado sea el correcto pues el cuadrante es diferente para las versión bajo de gama y alta de
gama.
Figura 3.24Cuadrante velocímetro colocado.
Figura 3.25Cuadrante tacómetro colocado.
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Figura 3.26Cuadrante gasolina colocado.
3.3.5 Inserción de agujas indicadoras
Como siguiente paso se debe realizar la inserción de las agujas en los ejes de los servomotores, la
inserción y fijación se realiza solamente a presión, se debe recordar que las agujas tienen un cañón
xplástico, el cual alojara al perno del motor, debido a que la inserción de la aguja se realiza
mediante posicionadores de precisión, se debe garantizar siempre la misma posición del tablero
con respecto a las agujas
Figura 3.27Tablero sujetado listo para colocar plantilla guía.
Debido a que las agujas deben ser colocadas siempre en una misma posición “cero”, el tablero
debe ser energizado para que el microprocesador envíe a los motores a cero y entonces colocar
una plantilla que garantice que la inserción de las agujas se estará haciendo precisamente en esa
posición “cero”.
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Figura 3.28Guía sobrepuesta al tablero.
Figura 3.29Colocación de agujas para ser insertadas.
3.3.6 Colocación de botones, porta vidrio y vidrio Una vez que ya se han colocado las agujas lo que resta es cerrar el tablero, pero antes de cerrar el tablero es necesario la adición de los botones mediante los cuales durante el funcionamiento del tablero de instrumentos se podrán ajustar parámetros como el kilometraje de viaje, la versión en cuestión está dotada de dos botones pulsadores que debido a la forma del tablero deben ser de gran longitud para lograr un rebase con respecto del cristal.
Figura 3.30Adición de botones pulsadores.
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Figura 3.31Portavidirio colocado.
Figura 3.32Vidrio colocado y tablero cerrado.
3.4Ajustes previos en la cámara y en el programa de computadora para
poder capturar imágenes y desarrollar un el algoritmo Una vez que se han ubicado los puntos de interés para la inspección se procede a la recolección de
eventos para poder formar un patrón de inspección, ese patrón de inspección tiene como primer
paso la localización de la imagen o la creación de una referencia.
3.4.1 Conexión con la cámara
Antes de comenzar a desarrollar una aplicación de datos se debe de realizar una comunicación
entre la cámara y la PC, la comunicación se realiza vía Ethernet por tanto cada cámara y equipo o
PC serán identificados con una IP, cada uno de ellos tendrá una IP diferente y mediante esa IP
serán identificados, es importante mencionar que la PC se debe adaptar a la IP de la cámara, esto
es si por alguna razón llegaran a tener la misma IP lo más conveniente sería modificar la de la
computadora.
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Una vez que se ha ejecutado el software In-sightexplorer se tendrá una pantalla como la que
continua y en la barra de menús, en el menú sistema se buscara la opción agregar sensor o
dispositivo a la red “add sensor/devicetonetwork”
Figura 3.33Submenu agregar sensor o dispositivo a la red de trabajo
Figura 3.34Ícono de acceso rápido para agregar sensor o dispositivo
Será abierta la siguiente ventana que después de hacer un escaneo en toda la red, mostrara un
listado de las cámaras que se encuentren conectadas en ese momento, de igual forma mostrara
los datos de IP, , submascara de RED, Gateway, servidor DNS, etc, mediante un clic sobre el sensor
al que se desee conectar se inicializará la conexión en línea con tal cámara, a partir de entonces
cualquier aplicación que se desarrolle o modificación en la aplicación quedara guardada en el
procesador o CPU de la cámara siempre y cuando se indique guardar los cambios.
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Figura 3.35 Ventana que muestra el listado de los dispositivos que se encuentran conectados en la red y permite
establecer una conexión con cualquiera de ellos.
A la izquierda de la pantalla en la ventana in-sightnetworksse visualizan los dispositivos que se
encuentran actualmente conectados a la red, en este caso se observara JUANMANUEL-PC, pues
este dispositivo es un emulador conectado virtualmente a la red.
Una vez que se ha logrado entablar una conexión con la cámara se ha logrado una comunicación
entre ella y la computadora, entonces se obtienen imágenes de ella,de lo que la cámara está
captando, es importante mencionar que antes de realizar cualquier captura se debehacer algunos
ajustes previos como ajuste de enfoque y sensibilidad a la luz en el lente.
3.4.2 Ajustes de enfoque y sensibilidad de la cámara
Una vez que se ha asegurado una posición firme de la cámara y también de la pieza u objeto a
inspeccionar, se verifica que la imagen que se está obteniendo de la cámara sea una imagen de
buena calidad, susceptible de ser inspeccionada, una imagen clara y desde luego que contenga
dentro de ella el objeto de interés, para que este ajuste pueda ser realizado de mejor manera se
deberá configurar la cámara para que otorgue una imagen en línea en tiempo real o imagen en
vivo.
En la barra de menús, se selecciona la opción video en vivo “live video”, entonces la cámara estará
enviando una imagen en tiempo real de lo que está capturando, esto hará que el ajuste de
enfoque y sensibilidad de luz de la cámara puedan realizarse de mejor forma, logrando siempre
visualizar y evaluar la calidad de la imagen que se está recibiendo, no está demás mencionar que
este ajuste se debe hacer con el objeto en la posición en la que a partir de ahora será presentado
para cada inspección subsecuente, a fin de que el ajuste que se haga sea el correcto para todas las
capturas.
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Figura 3.36 Opción live video para visualizar imágenes en tiempo real en el menú imagen
Figura 3.37 Perillas para ajustar sensibilidad de luz y enfoque
Ajuste de sensibilidad de luz ‘iris’
Ajuste de enfoque
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3.5 Inspección del primer punto crítico “correcto clipsado de la tarjeta
PCB” En este segmento se verificara que después de haber clipsado la tarjeta a la caja de luces los clips
estén en posición correcta para poder asegura que la tarjeta fue colocada correctamente.
Cuanto más restringido sea el campo de búsqueda el programa será más robusto pues se estará
restando posibilidad de error al sistema de visión, otro factor que se debe considerar para que
nuestra aplicación sea robusta es asegurar en la medida de lo posible la misma posición del objeto
a inspeccionar.
Figura 3.38 Imagen de tarjeta PCB con los 2 clips superiores a inspeccionar clipsados
3.5.1 Conversiones de color a escala de grises mediante uso de filtros
En este caso se hallara una limitación física pues al ser la tarjeta PCB color verde se pensó en una
iluminación roja con el objeto de poder ver el color verde casi como un negro en una cámara
monocromatica, y asi poder obtener un gran contraste entre la tarjeta de circuito impreso y la caja
de luces, tal cual fue colocada la iluminación roja, solo que nunca se consideró que la cámara con
la que se contaba para esta aplicación era una cámara a color, una cámara a color no es necesaria
a menos que lo que se pretenda inspeccionar sea precisamente eso, color.
Para esta aplicación una cámara monocromática sería la mejor, luego entonces habrá que hacer
uso de filtros a fin de convertir la imagen de color que se está obteniendo en una imagen en escala
de grises que evitara disturbios causados por la saturación de color, cabe mencionar que aun así
podría ser inspeccionada.
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Toca el momento de que se incorpore un filtro a la imagen obtenida para después poder
desarrollar todo sobre la imagen que el filtro otorgue.
Se utilizara una herramienta llamada “colortograyscale”que se encuentra dentro de las
herramientas de imagen, para poder insertar cualquier herramienta se debe posicionar el cursor
sobre la celda en la que se desee insertar la herramienta o descargar la información.
Figura 3.39 Resultado la herramienta color a escala de grises y su resultado en escala de grises.
Una vez que la herramienta ha sido insertada inmediatamente emergerá una venta con el fin de
que sean fijados ciertos parámetros como se verá a continuación.
Figura 3.40 Ventana emergente de parámetros que deben ser establecidos para el funcionamiento de la imagen.
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El primer parámetro imagen “image”, será la imagen o captura sobre la cual tendrá
efecto el filtro, por lo tanto se seleccionara la casilla A0, la casilla A0 será siempre la que
contenga la captura de la imagen.
El segundo parámetro fijación de objeto “fixture”, se utiliza solo cuando se tiene un
parámetro de localización y se desea referenciar la herramienta a ese parámetro de
localización, por lo que por ahora se dejara tal valor en 0,0,0 que significan a su vez fila,
columna y ángulo de ubicación respectivamente.
El tercer parámetro de región, es aquel que indicara como su nombre lo dicta, el área o
región de la imagen donde será aplicado dicho filtro los valores que ocupa para tal fin son
X,Y, altura, espesor, y ángulo pero resulta demasiado complicado poder otorgar tales
datos de la imagen por lo que la configuración de este parámetro se realizara
gráficamente dando un clic sobre la palabra región, esto permite seleccionar gráficamente
el área de interés
El cuarto parámetro muestra una variedad de las propiedades que pueden ser filtradas y a través
de la cual se lograra la conversión a escala de grises, se tomara como 255 de escala de grises a la
propiedad que sea seleccionada.
Por ultimo en el parámetro show se establecerá que resultados se desea que sean mostrados
3.5.2Localización
Un patrón de localización debe cumplir con requisitos tales como:
ser único en toda la imagen (irrepetible)
el objeto de inspección no debe estar contenido en el patrón de localización
preferentemente
diferente de lo demás con un amplio margen
Para realizar una localización se utilizara una herramienta de búsqueda que dentro de sus
resultados otorgue valores de fila, columna y ángulo, con el objeto de referenciar a dicha
herramienta todas las demás herramientas que sean utilizadas, si se analiza la imagen que se está
obteniendo del objeto a inspeccionar se tendrá muy claro que el conector de la tarjeta ofrece un
patrón muy distinto a todo lo demás que aparece en la imagen por lo que la localización quedara
de la siguiente manera
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Figura 3.41 Implementación de la herramienta de localización (findpatterns) y visualización de resultados.
Una vez que se ha logrado la localización de la pieza, entonces se cuenta con coordenadas
mediante las cuales se pueden referenciar las herramientas de inspección que se deban usar en
cada cambio de imagen, como ya se sabe los valores que se utilizarán son fila, columna y ángulo
(row, col, y angle)
Figura 3.42 Valores obtenidos row, col y angle.
Se adiciona un indicador mediante el comando STATUS, el cual encenderá en color verde cuando
el objeto sea localizado y en rojo cuando este no sea localizado
Figura 3.43 Visualización de resultados.
El comando STATUS trabaja con valores de 1 para verde y -1 para rojo, luego entonces a partir del
score obtenido de la localización se agrega una condición IF la cual otorga como resultado un 1 si
el objeto fue localizado o un 0 si el objeto no fue localizado.
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Figura 3.44 Condición if mayor que 85 resuelve un 1 si no resuelve un -1.
Ahora bien la forma para referenciar la celda de condición IF se debe escribir en una celda vacía la
palabra STATUS y dar enter, resultado de eso emergerá la siguiente ventana que pregunta a cerca
de la celda que condicionara el estado del indicador status y las banderas o etiquetas que se
asignara a cada estado.
Figura 3.45 Configuración del indicador STATUS.
3.5.3 Inspección de los clips superiores
Cuando se ha logrado establecer las mejores condiciones para la captura de la imagen y se ha
logrado localizar la imagen en cada captura entonces se puede comenzar con una inspección para
la primera tarea se halla la problemática de verificar que la tarjeta de circuito impreso este
clipsada correctamente para esta actividad se ha decidido implementar una herramienta llamada
encontrar línea (find line) dentro de la cartera de herramientas de bordes (edge), para la
implementación de esta herramienta bien se puede teclear directamente dentro de alguna celda
vacía el comando encontrar línea (find line) o bien seleccionar directamente de la paleta de
herramientas
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Figura 3.46 Herramienta encontrar una línea
Figura 3.47 Parámetros a configurar de la herramienta encontrar una línea (find line)
Algunos de los parámetros que se deberán establecer para esta herramienta ya son conocidos
como: la imagen,la cual se debe referenciar a la estructura del filtro aplicado, el punto de fijación
(fixture) que se obtendrán como resultado de la localización previa, la región modelo se localizara
gráficamente como se puede ver en la siguiente figura.
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Figura 3.48 Asignación de región de búsqueda para borde de clip.
Para la configuración del siguiente parámetro es importante mencionar que en cada cuadro o
figura que se utiliza para delimitar una región de búsqueda gráficamente se podrá observar una
flecha, esta flecha indicara el sentido de búsqueda, lo cual es importante para el siguiente
parámetro de configuración, que son
Polaridad (polarity): existen dos posibilidades, hallar un borde creado por la transición de
blanco al negro o de negro a blanco; se debe seleccionar alguna de las dos de acuerdo a
las condiciones del borde que se pretende encontrar y en referencia al sentido de
búsqueda, existe una tercera posición que es cualquiera (either) pero si se establece esta
opción se puede tener un resultado muy ambiguo.
criterio para selección de borde(findby): en caso de que existan más de un borde, se
puede hacer una búsqueda más específica con las siguientes opciones: la mejor
calificación, el primer borde encontrado de acuerdo al sentido de búsqueda o el ultimo
encontrado
umbral de aceptación (acceptthresh):en él se establecerá una calificación mínima del
borde hallado para que pueda ser considerado como borde o como el borde que se está
buscando
normalizar calificación (normalize score): el accionamiento de esta casilla hace de la
calificación, una calificación relativa al patrón que se entrenó, el no accionar esta casilla
hará que la calificación sea una calificación absoluta
rango de ángulo (anglerange): permite a la herramienta hallar un borde cuando este
pueda tener variación entre cada evento, el número que se fije será la desviación positiva
y negativa que se permitirá de acuerdo al borde entrenado
ancho del borde (edgewidth): este parámetro establece el ancho mínimo para que un
borde encontrado pueda ser considerado como el borde que se busca, sus unidades serán
pixeles.
Una vez que se han establecido todos estos parámetros solo se deben confirmar los datos
ingresados dando clic en el botón aceptar y se tendrá como resultado la estructura que a
continuación se muestra.
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Figura 3.49 Estructura de borde (edge) resultado de la inspección encontrar línea (find line).
Ahora bien si se considera que una pieza mala seria aquella que no se encuentre bien clipsada,
esto es que el clip no este correctamente cerrado se entiende entonces que el clip estará
desplazado en el eje Y, viéndolo ahora desde el punto de vista desde el que lo interpreta el
programa de computo la variación se hallaría en los valores de columna (row0 y row1) por tanto la
condición para discernir entre una pieza bien clipsada y un mal clipsada deberá estar en función de
tales valores
Se ha convenido que se utilice una función lógica que pueda resolver a través de una evaluación
de máxima y mínima posición del borde, si este borde se encuentra o no en la posición correcta e
implícitamente al dictar si ese borde está en la posición correcta estará indicando si el clip se
encuentra en la posición adecuada, esto es; cerrado o abierto lo que sería una tarjeta bien clipsada
o mal clipsada, a continuación se encuentra la implementación de la función lógica rango (in
range)
Figura 3.50 Sintaxis de la función in range y sus argumentos
Figura 3.51 Resultado de la función con resultado 1 y 0 de acuerdo al resultado dentro o fuera de rango
Como se puede observar en este caso se adiciona una función la cual es libre de error (errfree)
tiene como objeto evitar que en pantalla aparezca la leyenda error, esta leyenda error puede
aparecer cuando por algún motivo la pieza no fue localizada por tanto no existirá valor para ser
evaluado en la función pues debido a que la pieza no fue localizada no existen valores de su
posición, entonces la función enviara como resultado una leyenda de error, pero se debe recordar
que en resultado de esta función será enviado a otra función llamada status con el fin de generar
una visualización gráfica del resultado (estado) que se ha revisado antes y como se sabe a la
función estado (status) solo se le debe dar como argumento valores de -1, 0 y 1.
Figura 3.52 Resultado de las funciones adicionadas
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Ahora que se conoce la forma en que se realiza la inspección del clip derecho, resultara menos
complejo adicionar la inspección del clip izquierdo y a partir de las dos inspecciones generar un
resultado general que determine si la tarjeta está o no bien clipsada.
Ahora bien si se ha comentado que la configuración de las herramientas tendrá como única
variación la región de búsqueda cualquiera podría pensar que se podría solo copiar, esto es
totalmente valido siempre y cuando se considere que existen celdas absolutas y celdas relativas,
por lo que será posible únicamente seleccionar las celdas deseadas y realizar una copia, ajustando
después los parámetros que deban ser ajustados
Figura 3.53 Estructuras de inspección para ambos clips
Una vez que se ha logrado inspeccionar el estado de cada clip, restaría únicamente añadir una
función que pueda otorgar una resultado global o absoluto por ambos clips como se comentó
anteriormente el programa In-sightexplorer permite el uso de funciones lógicas y matemáticas por
tanto esta cuestión podrá sr resuelta si se agrega una función AND que contenga como argumento
el resultado de las dos inspección 1 o 0.
Figura 3.54 Generación de un resultado global con las dos inspecciones como argumentos
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3.5.4Localización de los clips inferiores
Tal cual como fue desarrollado en el segmento anterior se realizara un algoritmo con el objeto de
inspeccionar el correcto estado de los clips inferiores y como en cualquier inspección, antes de
inspeccionar cualquier cosa primero se debe realizar una localización del objeto de inspección
Se debe mencionar que para realizar esta segunda captura la cámara será posicionada en un
nuevo sitio mediante un actuador neumático, el cual será detallado en su momento.
Debido a que es la cámara la que se reposicionara no habrá necesidad de aplicar un segundo filtro,
en el peor de los casos lo únicamente necesario seria reajustar la región de efecto del filtro que
convierte de color a escala de grises.
Después de realizar un análisis siempre apegado al criterio que se ha establecido para seleccionar
una referencia de localización y después de haber visualizado las imágenes con que hasta ahora se
cuenta para realizar el desarrollo del algoritmo se puede afirmar que el objeto que más idóneo
para funcionar como referenciar es el conector del cable plano en la tarjeta PCB
Figura 3.55 Selección del conector como patrón (región modelo) y establecimiento de la región de búsqueda
En la imagen se puede observar como se ha definido en patrón mediante bordes para el conector
de la tarjeta, patrón que en lo adelante servirá para localizar y referencia la inspección de los clips
inferiores y también la inspección que dictara si el cable plano se encuentra bien conectado, de
esta forma el algoritmo seria como sigue:
Figura 3.56 algoritmo para el patrón de localización de la parte inferior del tablero.
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3.4.5Inspecciones de los clips inferiores
Debido a que la inspección es muy similar a la realizada anteriormente con los clips de la parte
superior no se hallan explicados los por menores del algoritmo pero a continuación se enlistaran
aquellos detalles importantes que hace de esta inspección diferente de la anterior.
La primer y más importante modificación es desde luego la ubicación de las regiones para
búsqueda de borde, como es de esperarse se deben establecer dos regiones de búsqueda, una
para cada clip, y a continuación se muestra cómo es que tales regiones fueron configuradas.
Figura 3.57 Regiones de busqueda para clip izquierdo inferio y clip derecho inferior.
A diferencia de la inspeccion anterior (clips superiroes) el muestreo para encontrar un bode se
hace como la flecha del recuadro rojo indica haciendo una transicion del blanco al negro, por tano
ese sera uno de los parámetros que se deberan modificar en los valores de configuracion de la
herramienta encontrar un borde (findedge).
Una peculiaridad para este caso especifico sera que debido a que la transicion de pixeles que
dibujan el borde es de blanco a negro según indica el muestro, la calificacion (score) obtenida de la
inspeccion resultara como una calificacion negativa, este signo megativo unicamente indica que el
tipo de transicion, blanco a negro.
A modo de poder realizar una logica matematica para evaluar si el borde es apto para inspeccion
debido a su calificacion se debe realizar un paso adicional y esto es obtener el valor absoluto de tal
calificacion y entonces una vez que se cuente con tal valor es evaluara la calificacion.
Debido a que la determinacion de si el clip se encuentra en posicion correcta o no se realiza
mediante una limitacion de rango de la posicion en el eje y o bien con los valores de fila (row0 y
row1) y dado que estas cordenadas son absolutas, entonces tambien seberan ajustar los limites
inferior y superior permitidos para que la posicion del clip sea considera como adecuada y esto
valores seran direccionados a la funcion dentro de rango (inrange).
Fuera de estas discrepancias el algoritmo resultara muy similar por lo que a continuacion se
muestra la imagen con el algoritmo desarrollado para la inspeccion de los clip inferiores en la cual
se puede notar los cambios que se mencionaron.
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Figura 3.58 Algoritmo para la inspección y valoración de la posición de los clips inferiores.
3.5.6 Inspección para la correctaconexión del cable plano
Para realizar esta inspección no será necesario una reubicación de la cámara pues la imagen que
se capta para realizar la inspección de los clips ofrece el marco perfecto para poder inspeccionar la
conexión del cable plano, es por eso mismo que para esta inspección no existirá la necesidad de
realizar una localización de la pieza en la imagen, el punto de fijación (fixture) para esta inspección
será exactamente el que ofrecen las coordenadas de la herramienta de localización anteriores, es
decir en la que la pieza se localizó mediante la ubicación del conector de la tarjeta de circuito
impreso.
Debido a que la conexión correcta del cable plano en la tarjeta de circuito impreso es una
condición sumamente critica la inspección de este debe ser un tanto más minuciosa en cuanto a
su posición, por lo que ahora se utilizara una herramienta especializada en hallar defectos de
bordes o posiciones de bores, la cual te permite un precisión para discriminar de hasta 3 pixeles.
Para la utilización de esta herramienta posición de borde (edgeposition), es necesario integrar una
herramienta auxiliar que proporcionara información a la herramienta posición de borde, se debe
mencionar que esta información es estrictamente necesaria para el funcionamiento de la
herramienta por tanto es imposible utilizar la herramienta de posición de borde sin una
herramienta previa llamada inspección de borde (inspectedge).
Le herramienta inspeccionar borde lo que hará será dividir un borde hallado en una serie de
segmento de un tamaño definido por el usuario en pixeles y seguidos uno de otro o espaciados
según convenga a la aplicación.
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El comando para agregar esta primeraherramienta será inspectedge, una vez que el comando sea
digitado en una celda emergerá la ventana de configuración de parámetros, que adicional los
parámetros que ya se concen tendrá:
talla o tamaño (heigh): establece el ancho en pixeles de los segmentos en que será
subdivido el borde para su análisis, cuando más pequeño sea este parámetro existirán más
subdivisiones llamadas para el programa de computadora calipers.
Desplazamiento de repetición (repeat offset): este parámetro de configuración establece
cada cuantos pixeles se adicionara un nuevo segmento al análisis, cuenta a partir del
comienzo del caliper anterior al comienzo del caliper siguiente, por tanto si el tamaño del
caliper y el desplazamiento del caliper tienen un valor igual, estos calipers serán del mismo
tamaño y estar colocadas contiguas exactamente una detrás de la otra
Desplazamiento inicial (initial offset): establece en unidades de pixeles una distancia a
partir del primer segmento, si no se desea esta área perdida basta con fijarlo como cero.
Contraste mínimo (mínimum contrast): este parámetro es de suma importancia pues
establece el contraste mínimo para considerar una línea de pixeles en transición de color
como borde
Anchura del borde (widthedge): establece el número mínimo de pixeles en transición de
color a lo ancho del borde para que un borde sea considerado como borde
Figura 3.59 Ventana de configuración de parámetros para herramienta inspección de borde.
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Resultado del correcto establecimiento de los parámetros de configuración se obtendrá como
resultado una estructura en cual además de la estructura de inspect un valor numérico
correspondiente al número de calipers en que fue seccionado el borde hallado.
Una vez que se cuenta la herramienta auxiliar inspección de bordes, se procederá a la aplicación
de la herramienta que determinara la correcta posición de ambos bordes a los extremos del
conector
El siguiente comando a utilizar será inspección de posición de borde (inspectedgeposition), el cual
se halla localización dentro de la paleta de herramientas de inspección de bordes, una vez que el
comando sea digitado en una celda emergerá la ventana de configuración de parámetros, que
adicional los parámetros que ya se conocen tendrá:
Inspección de borde (inspectedge): este parámetro solo solicita la referencia hacia una
estructura de inspección de borde, esto es; la herramienta auxiliar que ya fue
implementada.
ajuste de línea(Line fit): especifica el tipo de línea o borde, línea recta o círculo o cualquier
tipo de borde.
dirección para localizar (Findedgedirection): especifica la dirección en la que se hallara el
borde con respecto a los calipers.
primer borde (edge: first): especifica el tipo de transición de color para el eje, de blanco a
negro o de negro a blanco.
calificación del borde (edgescoring): establece las normas bajo las cuales se asignara una
calificación al borde, en este parámetro se asignara la máxima distancia permitida del
borde hallado respecto al borde entrenado para determinar si está o no bien colocado.
Ajustes avanzados del borde (advanced line fit): en esta celda se establecen parámetros
de ajustes avanzados como si existen o no dentro del borde zonas pérdidas o que no
importan para la inspección.
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Figura 3.60 Ventana de configuración de parámetros para la herramienta de inspección de borde por posición.
Figura 3.61 Resultado de la inspección de borde por posición para cada pestaña del cable plano.
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Figura 3.62 Algoritmo para las herramientas inspección de borde por posición y sus resultados numéricos.
Como se puede observar esta herramienta arroja como resultado las coordenadas de los
segmentos que se hallan fuera de rango conforme a lo entrenado, por tanto solo resta adicionar
una condición que ayude a determinar entre una pieza buena y una pieza mala, resulta fácil de
deducir como se hará esto, pues al igual que en caso de la inspección de clips, estos resultados
arrojados serán sometidos a una función dentro de rango (inrange) y así tener como resultado de
esta función una variable de tipo booleana, es decir, un cero para la condición en la que sea una
pieza mala o un uno para el caso en el que se trate de una pieza buena.
3.6Verificación de versión e inspección de clipsado del cuadrante
tacómetro Es necesario saber que no todas las inspección se pueden hacer con la misma cámara, pues debido
a la naturaleza de cada característica a inspeccionar se deben crear ciertas condiciones específicas
para cada inspección, en el caso anterior las inspecciones fueron realizadas juntas pues ambas
características se hallaban en la parte posterior del tablero y ambas características podían ser
capturadas incluso con una misma imagen, si ahora se requiere verificar que los cuadrantes se
hallen correctamente colocados la imagen por obvias razones debe ser capturada teniendo hacia
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la cámara el frente del tablero, aquí existen tres cuadrantes a verificar tacómetro, velocímetro y
gasolina, a su vez, cada uno de ellos tendrá que ser doblemente verificado pues antes de saber si
está bien colocado o no se debe verificar que efectivamente sea el cuadrante correspondiente a la
versión que se está manufacturando
Una vez que se han logrado hacer capturas de las imágenes que se estarán obteniendo durante el
proceso, con estas imágenes se podrá desarrollar un algoritmo para que sea ejecutado por el
controlador y puede decidir entre si una pieza es la correcta y si está bien clipsado o no, a
continuación una de las imágenes que se han lograda capturar para la inspección del cuadrante
tacómetro
Figura 3.63 Imagen capturada para realizar verificación de versión e inspección de correcto clipsado.
3.6.1 Patrón de localización
Como siempre se ha mencionado antes de comenzar con a utilizar una herramienta de inspección
se debe localizar la pieza para poder obtener así un punto de fijación, y en base a el poder
referenciar las demás herramientas que se utilicen.
El patrón de localización se debe elegir siempre tomando en cuenta que en la medida de lo posible
este debe ser único, diferente a lo que se encuentra en la imagen y de ser posible que este no sea
susceptible de ser inspeccionado
Para localizar esta imagen se hará uso del comando encontrar patrón (findpatterns) por el método
de bordes y a través de esa localización se obtendrá el punto de fijación.
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Esta herramienta de localización no contiene más parámetros que deban ser configurados que la
región modelo y la región de búsqueda los cuales pueden ser establecidos gráficamente, anqué
existen más parámetros a configurar estos solamente ayudaran a hacer un tanto más fina la
búsqueda por lo que no son de suma importancia, los resultados obtenidos de esta herramienta
serán, la posición en X, en Y, el ángulo de posición, la escala, y una calificación que será relativa a
el patrón entrenado
Figura 3.64 Parámetros de configuración para la localización de la imagen.
Como se puede observar en tal imagen existe un objeto bien definido en la parte extrema derecha
de la imagen, objeto que debido a sus propiedades tiene perfil exacto para ser patrón de
localización por tanto la región modelo y la región de búsqueda se fijaran a modo de encontrar los
bordes de tal objeto.
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Figura 3.65 Región modelo, región de búsqueda y patrón localizado en color rojo, azul y verde respectivamente.
Al observar la imagen anterior se puede notar que exactamente al centro de los bordes localizados
aparecen dos flechas en color verde perpendiculares una de otra y un circulo azul con una cruz
dentro del, las coordenadas que se obtendran como resultado de la herramienta y que a su vez
serán utilizadas como punto de fijación serán precisamente las de ese punto.
Figura 3.66 Estructura de localización mediante patrón y sus resultados.
3.6.2 Verificación de versión correcta del cuadrante
Existen diferentes versiones del auto en relación a su equipamiento, otra condicionante de la
versión de cuadrante es el continente para el que está destinado el tablero que al momento se
produce pues mientras que en algunos países se utilizan los kilómetros por hora para medir
velocidad en otros se utilizan las millas por hora, una condicionante mas es que debido al tipo de
motor con que este equipado el carro este consumirá gasolina o diesel por ejemplo un motor a
gasolina a diferencia de uno que trabaja a diesel puede trabajar a mayores revoluciones mientras
que uno que trabaja a diesel trabaja a menos revoluciones por tanto el tacómetro de un tablero
que este destinado para ser montado en un carro con motor a gasolina tendrá grabado hasta las
8000 revoluciones por minuto, mientras que uno que este destinado para un carro con motor a
diesel marcara solo hasta las 6000 revoluciones por minutos
La forma de identificar cada versión de cuadrante sin un sistema de visión seria verificar
directamente un numero o serie de tras del cuadrante, lo cual resulta seriamente riesgoso, como
se puede observar en la imagen que se ha logrado capturar en la parte inferior izquierda, por
encima del tacómetro si se viera en la posición adecuada se observa un código matriz de datos
(DataMatrix), con ese código se obtiene exactamente la mismo información que se halla detrás del
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cuadrante en números comunes con la diferencia que este puede ser capturado por la mismo
sistema de visión, convertido a la información que contiene y susceptible entonces de ser
comparada para ser verificado, la herramienta que se utilizarán para tal fin será leer código ID
(readIDcode), como resultado de la utilización de tal herramienta se tiene la información que tal
código contiene
Figura 3.67 Resultado de la aplicación de la herramienta leer código ID (readIDcode).
Resultado de la implementación de la herramienta lectura de código ID, se obtendrá la cadena de
caracteres precisamente no como un dato numérico sino como caracteres, por lo que con esto
solo restara implementar una función que haga una comparación entre la cadena de caracteres
leídos y una cadena de caracteres preestablecida de acuerdo a la versión del cuadrante la cual
tendrá un valor afirmativo solo cuando la comparación entre tales datos sea exacta.
3.6.3 Inspección de clipsado del cuadrante tacómetro
El siguiente paso será inspeccionar el correcto clipsado del cuadrante en la caja de luz, el
cuadrante es clipsado en la caja de luz mediante dos clips que se hallan a los costados del cañón
en donde tiempo después será insertada la aguja, y la forma en que se posicionan en el ángulo
correcto es haciendo coincidir en perno que se halla en la caja de luz con un orificio en la parte
superior del cuadrante, ambas parte tato el perno como el orificio se hallan en posiciones que una
vez ensamblado el tablero no estarán a la vista del usuario, por tanto el objetivo para esta
inspección será verificar la existencia o no existencia de los clips, pues si fuera el caso de que el
cuadrante no estuviera bien colocado obviamente este estaría por encima del clip, luego entonces
en la imagen capturada el cilp desaparecería, se hará uso la herramienta encontrar un segmento
(findsegment) esta herramienta lo que hace es buscar un segmento de únicamente pixeles blanco
o negros según se configure en parámetros dentro de un área determinada y con un sentido de
búsqueda especifico.
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Las regiones de interés se asignara como a continuación se verá en la imagen, cabe mencionar que
para la obtención de tal segmento la herramienta por si sola construye un par de bordes que serán
los que permitirán saber si es o no el borde que seestá buscando
Figura 3.68 Asignación de regiones para búsqueda de segmentos con pixeles blancos en una región negra.
Resultado de la implementación de la herramienta se obtendrá la distancia entre borde y borde en
pixeles por lo que con este resultado se puede implementar una función dentro de rango (inrange)
para con el resultado de esta función su pueda establecer una condición que determine si el
cuadrante está o no bien clipsado
Figura 3.69 Estructuras de borde para hallar segmentos de pixeles resultados e implementación de funciones dentro de
rango (inrange) y función lógica Y (and).
Con el objeto de hacer el resultado más grafico se implementa también la herramienta estado
(status) para poder verificar gráficamente cuando la inspección ha resultado favorable o no.
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3.7 Verificación de versión e inspección de clipsado del cuadrante
gasolina Debido al tipo de lente que se encuentra ensamblado en la cámara es imposible poder realizar la
verificación e inspección de los tres cuadrantes con una misma imagen por lo que la cámara será
reposicionada para cada caso, esto es, se realizaran tres capturas para cada tablero y y en cada
evento para esas tres capturas la cámara será reposicionada
Una vez que la cámara ha sido reposicionada se podrá realizar la captura para obtener una nueva
imagen susceptible de ser inspeccionada y como siempre antes de cada inspección se deberá
realizar una localización.
Figura 3.70 Imagen capturada del cuadrante de gasolina para realizar inspección sobre ella.
3.7.1 Patrón de localización
Como se puede observar en la imagen anterior existe un objeto similar al que fue utilizado para
localizar la imagen cuando se inspeccionoel cuadrante tacómetro, tal objeto cumple en mayor
medida que cualquier otro la condición de que se único, diferente de lo demás y no está
contemplado para ser utilizado con una herramienta de inspección
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Figura 3.71 Patrón de localización para inspección en cuadrante gasolina.
Los parámetros son para esta herramienta son muy similares a los que fueron establecidos para la
localización del cuadrante tacómetro, resulta obvio mencionar que los únicos parámetros que
cambiaran con respecto a la herramienta de localización anterior serán las regiones modelo y de
búsqueda para la nueva imagen que como resultado obvio estarán referenciadas al nuevo objeto
en cuestión.
Figura 3.72 Resultado de la estructura encontrar patrón por bordes para localización de cuadrante gasolina.
El resultado de esta herramienta es de suma importación para poder realizar todas las
inspecciones que se quieran realizar pues las coordenadas que se obtienen de esta herramienta
serán el punto de fijación para cualquier herramienta que se implemente en lo sucesivo parra esta
imagen.
3.7.2 Verificación de versión correcta del cuadrante
La problemática que obliga a verificar la versión de cada cuadrante es que un tablero de
determinada versión, por ejemplo línea alta (highline) no salga de producción con unos cuadrantes
de línea baja (lowline) o que indicadores con unidades europeas sean embarcadas en
producciones desinadas para américa.
El procedimiento para tal verificación será muy similar debido a que ahora los cuadrantes han sido
dotados de un código datamatrix, la cámara puede leer directamente la versión del cuadrante en
la captura de la imagen y después de haber obtenido la cadena de caracteres que que contiene el
código datamatrix, esta será comparada con una preestablecida de acuerdo a la versión que se
produce
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Figura 3.73 Estructura de código ID y resultado de la lectura del código
Las funciones que aquí aparecen además de la lectura de código ID, son una función exacto (exact)
pues mediante ella se compara el código para que este sea exactamente el mismo al
preestablecido por producción, una función libre de error (errorfree) con el objeto de obtener
cero y uno y no una leyenda de error cuando la pieza no sea localizada debido a que se realiza la
inspección de otro cuadrante, el resultado de la herramienta será después instrumento de la
siguiente herramienta que será el estado (status) con el fin obtener un indicador grafico de la
verificación del código, una vez que se ha verificado la versión de cuadrante y que se sabe que el
cuadrante es correcto se puede realizar la siguiente inspección que es revisar el correcto clipsado
del cuadrante
3.7.3 Inspección de clipsado del cuadrante tacómetro
Para verificar que el cuadrante este o no bien clipsado lo que se hará será buscar en la imagen los
clips externos del cañón de a aguja sobrepuestos al cuadrante, esto es, si el cuadrante no se halla
bien colocado el dial se encontrara sobre el clip y por tanto en la imagen capturada será imposible
ver tal clip.
Para lograr tal fin se implementara una herramienta que busque segmentos de color blanco en un
fondo negro, de la implementación de la herramienta encontrar un segmento (findsegment) se
obtiene como resultado la siguiente estructura con la asignación de regiones como se puede
observar
Figura 3.74 Asignación de regiones de búsqueda para segmentos blancos
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Figura 3.75 Estructuras para identificación de segmentos en ambos clips del cañón que anida el cuadrante gasolina
3.8 Verificación de versión e inspección de clipsado del cuadrante
gasolina En este caso los objetivos son los mismos que para las dos inspecciones anteriores, se debe
verificar la versión del cuadrante y el clipsado del cuadrante gasolina por tanto se tendrán
herramientas similares, parámetros similares pero regiones de modelo diferentes.
Como ya se ha podido observa ninguna de las posiciones anteriores garantiza la imagen del
cuadrante, debido a esta situación la cámara deberá ser reposicionada para captar una mejor
imagen del cuadrante y así poder inspeccionar el estado de tal cuadrante, debido a que ya se
conoce la metodología para inspección de los cuadrantes anteriores, solo se mostraran las
regiones modelo para cada herramienta y las estructuras como resultado de todas.
Con el objeto de seguir conservando alguna de los dos objetos que fueron utilizados para las
localizaciones anteriores se colocara la cámara estratégicamente para que alguno de estos dos
objetos aparezca dentro de la imagen capturada y sea usado nuevamente como patrón de
localización
Figura 3.76 Patrón de localización para inspección en cuadrante velocímetro
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A continuación se mostrar únicamente el resultado de todas las estructuras necesarias para
cumplir el objetivo de tal inspección, la metodológica para la asignación de regiones que son los
únicos parámetros diferentes de las herramientas anteriores ya se conoce
Figura 3.77 Estructuras de localización, lectura de código datamatrix, y búsqueda de segmentos, así como sus resultados
3.9 Sumario
En el capítulo tercero se halla contenida la evidencia referente al desarrollo del algoritmo que
funcionara como aplicación para el controlador de la cámara, las evidencias abarcan desde el
momento en que se establece la comunicación de la computadora con la cámara hasta que se ha
verificado el correcto funcionamiento de la aplicación de datos
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CAPÍTULO IV. INTEGRACIÓN DEL SISTEMA DE VISION.
Este capítulo muestra el estado físico, la
interconexión de los componentes del sistema de
visión que se está desarrollando y además se
desarrolla una interfaz visual a través de la cual no
solo se visualizara lo que la cámara capta, sino que
también se podrán modificar los parámetros de
evaluación en el algoritmo que sean susceptibles de
cambio.
4
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Capítulo IV. Integración del sistema de visión.
Este apartado está dedicado para realizar la interconexión de los elementos del sistema de visión y
a crear una interfaz entre el programa de computadora de inspección y el operario, esto es que el
operario pueda ver que es lo que la cámara está viendo y también que exista una señalizacion por
parte del programa para cuando sea el caso en que la inspección no sea satisfactoria, para tal caso
se hará uso de un panel de visión, lo único que hace es ver lo que se vería directamente en el
programa que ya se ha elaborado previamente por lo que a los programas de computadora se le
deberán adicionar ciertos ventanas, comentarios y gráficos, para que estas puedan ser mostradas
en los paneles de visualización y el operador sepa que es lo que debe corregir en caso de que la
inspección resultara mala, o un mensaje diciendo que la inspección resulto correcta.
Figura 4.1 Interconexión del sistema de visión
4.1 Entorno visual entre el operario y el sistema de visión industrial Un sistema de visión industrial es desarrollado con el objeto de quitar de las líneas de producción
a personal especializado con conocimientos específicos, pero resulta simple notar que en el estado
en que se encuentran desarrollados los algoritmos resultaría difícil que un operador pudiera
manejarlos, e incluso interpretarlos por eso surge la necesidad de integrar un panel de visión con
el objeto de que el operario sepa que es lo que la cámara está viendo y que este panel le
retroalimente el resultado de la inspección, además en caso de que el ensamble inspeccionado
resulte un mal ensamble deberá indicarle al operario cual es el error para que esto pueda
corregirlo.
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El primer paso es reunir en una variable de tipo booleana el resultado total o general de la
inspección, lo que permitirá discernir solo dos cosas, un ensamble bueno o malo, dado que la
mayoría de las herramientas ya cuenta con un resultado bueno o malo, solo se deberá reunir a
cada una de ellas y obtener una función Y (and) de ellas.
En este caso tendremos para la primera inspección:
Localización del objeto o ensamble
Clip superior izquierdo de la caja de luz en la tarjeta
Clip superior derecho de la cada de luz en la tarjeta
Para la segunda inspección:
Localización del objeto o ensamble
Clip inferior izquierdo de la caja de luz en la tarjeta
Clip inferior derecho de la caja de luz en la tarjeta
Posición de la pestaña izquierda del cable plano
Posición de la pestaña derecha del cable plano
Figura 4.2 Implementación de la herramienta and para la inspección superior
Figura 4.3 Tabla con todos los resultados y uno general para cada inspección
Una vez que se cuenta con los datos que se desea mostrar al operario, en forma esos datos deben
ser mostrados en pantalla con el fin de que el operario pueda visualizarlos.
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Existe una manera de personalizar la vista, para esto se deben seleccionar las celdas que se desean
visualizar en el panel y sobre ellas se da clic secundario y posteriormente se selecciona la opción
customviewsettings que entre otros parámetros solicitara la referencia de las celdas que se
desean mostrar, la posición, y que tipo de información se desea mostrar, imágenes, gráficos, etc.
Figura 4.4 Ventana de configuración para customview
El resultado de la herramienta se puede observar en la siguiente imagen, esto será lo que el
operario vera en pantalla del panel
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Figura 4.5 Personalización de la pantalla de vista para el operario
Si se desea ser un tanto más explícito en cuando al resultado general o a cualquier resultado en
específico se puede imprimir textos o imágenes en pantalla,el comando que se utilizara será:
imprimir un campo (plotstring), a este comando solo se le debe dar como referencia la celda
donde se halla alojado el campo que se desea imprimir, para nuestras inspecciones agregaremos
como indicador gráfico un símbolo que informe que la inspección fue buena y una que informe
que la inspección fue mala
Figura 4.6 Estructura del comando plotstring
Los datos o referencias que se deben fijar para esta herramienta son la celda en que se encuentra
el campo que se desea imprimir en pantalla, las coordenadas en fila y columna, y después el color,
en este caso aunque se indica que imprima en pantalla la letra C y la letra D, en la celda en que se
encuentra el comando plotstring, presionando el botón secundario se deberá configurar el tipo de
letra a símbolos (wingdings) y el tamaño deseado.
Ahora bien es fácil notar que de esta forma tanto el símbolo para ensambles buenos como el
símbolo para ensambles malos estarían apareciendo en todo momento sin importar si el ensamble
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fue bueno o malo, por tanto la impresión de estos gráficos en pantalla se debe condicionar de
alguna forma.
El funcionamiento de cada celda puede ser condicionada, mediante la herramienta estado de
celda (cellstate), pero para poder condicionar el funcionamiento o no funcionamiento de una
celda primero se debe tener una condición que indique cuando una celda debe funcionar.
Para el caso particular debido a que existen dos inspecciones en una misma captura, el
funcionamiento de la celda imprimir en pantalla está condicionado a alguna de las dos
localizaciones y el resultado global de cada localización, para realizar esto, lo único que se debe
hacer es posicionarse sobre la celda plotstring y con ayuda del boto secundario seleccionar la
opción estado de celda (cellstate)
Figura4.7 Configuración del condicionamiento de celda
La celda de referencia será aquella que aloje la condición para que tal gráfico sea impreso en
pantalla, y una vez que se han establecido las cuatro condiciones correspondientes lo que
estaríamos visualizando en pantalla seria lo que a continuación se muestra en la figura.
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Figura 4.8 Visualización de un ensamble bueno y un ensamble malo
4.2 Creación de un entorno visual que sirva como interfaz entre el
operario y el sistema de visión industrial en la inspección de clipsado de
diales
De la misma manera como se hizo en la inspección que se realizó por la parte posterior del
tablero, para la parte frontal también se personalizara la vista que se tendrá para el usuario a fin
de que esto pueda ser visualizado en el panel de visualización
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Para esta inspección se buscara mostrar en la vista lo siguiente:
Tacómetro
Localización
Verificación de versión
Correcto clipsado
gasolina
Localización
Verificación de versión
Correcto clipsado
velocímetro
Localización
Verificación de versión
Correcto clipsado
Lo primero que se hará será concentrar en un área específica todos los resultados que se deseen
mostrar, así como adicionar una leyenda propia de cada resultado, se colocara un indicador
particular para cada campo y además un indicador global de para cada cuadrante
Figura 4.9Visualización de resultados en panel, localización, versión y clipsado.
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De esta manera se puede visualizar en una forma sencilla el resultado de la inspección creando asi
una interfaz amistosa con el usuario.
4.2.1 Ajuste de parámetros debido a variación de dimensiones en material
Debido a que la caja de luces es creada mediante inyección de plásticos y que debido a la
experiencia del ajustador algunas veces pueden existir en los perfiles de la caja de luz rebabas lo
que cual haría que en algunos casos el sistema de visión tomara alguna pieza como mala cuando
en realidad es buena, por lo que en algunos casos será necesario cambiar los parámetros de
aceptación y debido a esto sería prudente crear también una opción que permita al supervisor o al
usuario modificar tales parámetros lo primero que se debe hacer es cambiar directamente en el
programa los datos que ahora son constantes y que actúan como ventana de aceptación a un
campo que sea susceptible de variar, se adicionara un control grafico llamado editar valor de tipo
flotante (editfloat) para modificar el tamaño del segmento en color blanco que es en esencia lo
que la herramienta busca.
Figura 4.10 Implementación de campos para edición de valores.
Esto se deberá realizar para cada cuadrante si se desea que puedan ser modificados directamente
en el panel de visualización.
En este momento se podrá notar que en algún momento será necesario también cambiar la
versión que se esté produciendo, por lo tanto también se debe crear una interfaz gráfica para el
usuario con la finalidad de que el mismo pueda seleccionar la versión que se estará produciendo
4.2.2 Cambio de versión de cuadrante
Uno de los aspectos importantes y que motivo la implementación de un sistema de visión fue que
por ningún motivo un tablero de instrumentos de cierta versión saliera de producción con
cuadrantes de versión diferente a la propia, el sistema de visión ya ha sido entrenado para
realizarlo, pero que pasara cuando sea necesario cambiar de versión, haciendo una remembranza
se sabe que el algoritmo realiza una comparación exacta de los datos contenidos en el código
datamatrix de cada cuadrante, existe una herramienta llamada cuadro de listado (boxlist), tal
herramienta te permite seleccionar un dato de entre una lista de opciones
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Figura 4.11Sintaxis de la herramienta cuadro de listado y su resultado.
Debido a que de esta herramienta no se puede obtener directamente la cadena de caracteres que
contiene para compararla con la que fue leída en el cuadrante por lo que se adiciona la
herramienta obtener campo de caracteres (getstring) y es precisamente el resultado el que se
observa contiguo a la lista de selección en la figura 4.11, con este nuevo campo se puede realizar
la comparación exacta del valor leído en el código datamatrix en el cuadrante
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Figura 4.12 Visualización de resultados en panel y accesos para configurar parámetros
Es posible también imprimir datos o gráficos en pantalla que sirvan como ayuda para el usuario
adicionalmente se agregara un gráfico que indique que la inspección fue buena o mala según sea
el caso en este caso como ya se sabe se debe utilizar la herramienta imprimir campo y dicha
herramienta se debe referenciar a la celda que contiene el texto, símbolo o imagen que se desea
imprimir en pantalla, una vez que esto se ha logrado las celdas que contienen a la herramienta
imprimir pantalla (plotstring) deben ser condicionadas para que su aparición en pantalla sea
limitada al único evento en el que deba aparecer
Para el caso en el que la inspección sea buena, se puede aplicar una herramienta tipo booleana
que realice una operación Y (and) entre el resultado binario de la localización, la inspección de
clips y la verificación de versión.
En el caso contrario es decir cuando la inspección no sea favorable, la impresión del campo en
pantalla deberá está condicionado a la localización, y a la aparición de cualquier error para la
localización correspondiente es decir de dos resultados positivos con que exista uno negativo la
inspección será considerada mala por lo que se decide aplicar la herramienta tipo booleana de
multiplicación Y entre las dos herramientas de inspección para que cuando una de ellas falle se
pueda encontrar un cero, al resultado de tal herramienta se aplicara la herramienta de tipo
booleana negación (not) para que cuando se presente un cero como resultado este
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transformadoen uno y este uno se multiplicara con la localización, mediante una función Y (and)
para que solo en caso de que la inspección falle se imprima en pantalla el símbolo correspondiente
a la falla
Figura 4.14estructura de la condición para imprimir datos cuando la inspección sea de éxito y cuando sea fallida, donde
C99 corresponde al resultado de la localización, C100 Y C101 corresponden al resultado de la verificación de versión y el
resultado de la inspección de cuadrante clipsado respectivamente
Figura 4.15Gráfico relativo al resultado de la inspección exitosa
Figura 4.16Gráfico relativo al resultado de la inspección fallida
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4.3 Interconexión del sistema de visión con el panel de visualización y sus
resultados (panel view)
Como ya se sabe la cámara de un sistema de visión industrial tiene comunicación con el exterior
mediante comunicación ethernet por tanto cuenta con una dirección IP asignada dentro de la RED
que se formara con el fin intercomunicar a los equipos, nuestro panel de visualización también
cuenta con comunicación Ethernet además de RS232, el panel View debido a que es creado
específicamente para trabajar con sistemas de visión no necesita más configuración solo se
necesitara un concentrador para interconectar los equipos y que a ese panel de visualización se le
asigne la IP correspondiente a la cámara de la cual se pretenda obtener imágenes y en la cual ya se
debe encontrar alojado el algoritmo o programa que se ha desarrollado.
Esta pantalla es una pantalla sensible al tacto lo que permitirá al usuario modificar tantas variables
directamente en pantalla como el administrador lo permita.
Existe un programa para computador que funciona como un panel de visualización virtual, este
programa es VisionView y es propiedad de la marca Cognex, al igual que los paneles de
visualización de los que se ha hablado hasta el momento.
Figura 4.13Programa para computadora VisionView emulador.
Este programa para computadora permitirá tener exactamente la misma vista que se tendría en
un panel de visualización pues tal como se ha mencionado es un emulador o panel de visualización
virtual, la pantalla de visualización virtual tan pronto como es energizada muestra iconos de
posible acceso como:
Lenguaje
Tema de pantalla o estándares de signos
Configuraciones
Salir de visión view
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Selección automática de sensores
Selección manual de sensores
Figura 4.14 Pantalla primaria de visualización
Para el caso particular después de haber definido el idioma a español como predeterminado se da
clic en la opción selección manual de sensores, mediante cualquiera de las dos opciones se pueden
agregar sensores, la diferencia es que debido a que el panel de visualización puede alojar
imágenes de hasta 4 cámaras diferentes, con la opción selección automática de sensores se
agregaran todos los dispositivos que al momento se hallen conectados dentro de la red, en modo
contrario si se selecciona selección manual de sensores la aplicación permite seleccionar
puntualmente la cámara de la cual se desea obtener una imagen
Figura 4.15 Lista de sensores detectados y sensores seleccionados
Una vez que se ha seleccionado el sensor de cual se pretende obtener las imágenes, al aceptar la
configuración que se ha establecido a cerca de él o los sensores seleccionados el panel de
visualización regresara automáticamente a la pantalla primaria y solo restara hacer clic en el icono
ejecutar que se encuentra en la parte esquina inferior izquierda para comenzar a obtener
imágenes
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Figura 4.16 Imagen ofrecida por el panel de visualizaciónvirtual
Entra las ventajas que ofrece el instalar un panel de visualización a diferencia de una PC se
encuentre el espacio que a diferencia de un PC, el panel de visualización puede ser colocado de
manera sencilla ocupando un espacio demasiado pequeño mientras que una PC resulta incluso
estorbosa, el panel de visualización ofrece al usuario una vista en buen tamaño de lo que la
cámara está viendo, al ser una pantalla táctil permite modificar los valores que el administrador
haya preestablecido como variables para el operador o usuario
Entre las modificaciones posibles que pueden existir, se hallan los valores numéricos que
determinan la longitud mínima y máxima del segmento que inspecciona para determinar si el
cuadrante está o no bien clipsado, este puede ser modificado directamente dando un clic sobre el
parámetro que se desea modificar y a continuación aparecerán las teclas que permitirán realizar el
cambio deseado
Figura 4.16 Pantalla para modificación de valor numérico máxima distancia de clip 1 en tacómetro
Durante el desarrollo del algoritmo en el capítulo cuarto se estableció que una posibilidad más
para modificación del programa seria el cambio de versión para verificación de cuadrante debido
al cambio de modelo en el tablero de instrumentos, al hacer un tacto sobre la pantalla en el área
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donde se muestra la versión que actualmente se está verificando la celda resaltara de entre todas
las demás celdas, quedando las otras atenuadas en color, y en el área destinada para menú,
aparecerán las distintas versiones posibles para poder simplemente hacer un clic sobre ella y dar
aceptar, entonces la versión estará modificada.
Figura 4.17 Pantalla para modificación versión del cuadrante velocímetro
Aquí se pueden notar las dos grandes ventajas de utilizar un panel de visualización como el que se
indica pues por una parte el operario puede observar lo que la cámara observa y de manera
gráfica observar específicamente cual es el error que se presenta en caso de que lo hubiera y por
otro lado el supervisor de línea puede modificar parámetros críticos de la inspección.
4.4 Posicionamiento de la cámara para las diferentes tomas Durante el desarrollo del algoritmo para inspección de las propiedades críticas se habló de dos
inspecciones, una dedicada a inspeccionar lo que se encuentra a la vista por la parte posterior y
una más para inspeccionar lo que es posible observar en una vista frontal del tablero de
instrumentos, además se dijo que para cada inspección debido a que en cada inspección se
inspeccionan más de un objeto, la cámara adoptaría diferentes posiciones, como se indica a
continuación
Inspección posterior
Posición 1: superior-inspección de 2 clips en la parte superior
Posición 2: inferior-inspección de 2 clips en la parte inferior, además inspección
del cable plano
Inspección frontal
Posición 1: tacómetro- inspección de versión y clipsado de cuadrante
Posición 2: nivel de gasolina- inspección de versión y clipsado de cuadrante
Posición 3: velocímetro- inspección de versión y clipsado de cuadrante
Por tanto se habla de dos bancos de ensamble uno independiente del otro uno independiente del
otro y en cada uno de ellos se debe lograr un cambio de posición de la cámara.
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4.4.1 Posicionamiento de la cámara para inspección posterior
Debido a la forma en que fue desarrollado el algoritmo de control y la forma en que se ha
predeterminado que sean realizadas las inspecciones, la cámara deberá capturar la imagen
horizontalmente y Para lograr las dos capturas que se desean se utilizara un actuador neumático
que será el encargado de cambiar de posición a la cámara pues para la segunda inspección solo es
necesario moverse en un solo eje y una distancia pequeña
Figura 4.18 Dos posiciones requeridas para posicionamiento de la cámara
Una vez que se sabe que solo se requiere movimiento en un solo eje y también la distancia de
desplazamiento se ha propuesto utilizar un actuador neumático con mesa deslizable acoplada y
ajustable esta mesa cuenta con barrenos predefinidos en ciertas posiciones y como es obvio notar,
resultaría muy difícil que alguno de esos barrenos coincidieran exactamente con los orificios que
se hallan en la cámara destinados para ser fijada, pero ese no es problema se hará un
acoplamiento entre el actuador y la cámara que por un lado coincida con el actuador y por otro
coincida con la cámara este tipo de actuador neumático es de la marca SMC® y precisamente la
cara superior muestra la superficie de la mesa desliza en donde se fijara la cámara
Figura 4.19 Actuador neumático con mesa deslizable acoplada
Región de interés 1
Región de interés 2
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Actualmente se cuenta con una superficie en la cual el tablero es fijado para con la vista frontal
hacia la superficie de la mesa, el tablero es guiado a una misma posición mediante pernos, pero a
modo de obtener una imagen perpendicular del objeto se debería tener la cámara exactamente
sobre el tablero lo cual resultaría riesgoso para el equipo y poco ergonómico para que el usuario u
operador realice la actividad de colocar la tarjeta pues la cámara deberá estar colocada a
aproximadamente una distancia de 20 centímetros a partir de la superficie de la tarjeta de circuito
impreso, por tanto se ha pensado que la cámara se encuentre en una posición alejada del área en
que el operador coloca la tarjeta de circuito impreso y una vez que la haya colocado, este haga
llegar el tablero de instrumentos hasta la posición en que se encuentra la cámara mediante una
mesa con movimiento sobre un solo eje, es decir, únicamente movimiento longitudinal para esto
se deberá acoplar a la superficie con que se cuenta un par de guías lineales con el objeto de hacer
de esta superficie movible sobre una superficie adicional, en este caso la superficie del banco de
ensamble con que se cuenta
Figura 4.20 Par deguías lineales sobre riel
Para los fines particulares dos rieles serán acoplados en la mesa del banco de ensamble y cuatro
guías lineales; dos para cada riel, serán acopladas en la parte inferior de la superficie con que se
cuenta actualmente con el fin de hacer de esta una superficie con dos posiciones, similar a un
cajón, la ventaja que ofrecen este tipo de rieles con guías acopladas, es la exactitud y precisión de
su moviente al tener un muy bajo rango de juego móvil en dirección perpendicular a él.
Figura 4.21 Localización de objetos
Cámara Actuador
neumático
Tablero de
instrumentos
Superficie Riel
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4.4.2 Posicionamiento de la cámara para inspección frontal en tres posiciones
diferentes
Debido a la distancia que se debe garantizar desde el objeto hasta el sensor de la cámara y
también debido a que en tanto de mejor manera sea capturada la imagen serán mejores los
resultados de la inspección luego entonces se debe tratar en la medida de lo posible que la imagen
sea capturada en un posición de perpendicularidad con el plano del objeto a capturar por tanto
deben existir dos posiciones, una para que el operador trabaje colocando los cuadrantes y otra
más para que el tablero de instrumentos en cuestión sea inspeccionado libre de ruidos externos.
Debido a que para que los tres cuadrantes fueran contenidos en una misma imagen la cámara
debería estar demasiado lejos del objetivo, esto es aproximadamente 80 centímetros, se ha
desarrollado el algoritmo para que esta inspección sea desarrollada en tres partes.
Figura 4.22 Segmentación de las 3 regiones de interés.
Al igual que en el caso de la inspección posterior la cámara debe ser reubicada para cada captura
por lo que nuevamente se deberá utilizar un actuador neumático con mesa deslizable acoplada
para que la cámara pueda ser ubicada en las distintas posiciones sujeta al actuador neumático y
así realizar la captura, se debe mencionar que a diferencia del caso en el que se inspecciono el
tablero de instrumentos por la parte posterior, en este caso el movimiento de la cámara será
transversalmente.
Figura 4.23 Localización de objetos, movimiento en eje X.
Actuador neumático
Cámara
Tablero de
instrumentos
Superficie
Rieles
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4.5 Sumario
En el capítulo cuarto se ha desarrollado una interfaz grafica de la cámara con el operario a fin de
que este pueda visualizar lo que la cámara observa y también se ha desarrollado la manera en que
este pueda modificar ciertos parámetros en rangos limitados.
Otra cuestión relatada en este capítulo fue la forma en cómo interactuarían los componentes y su
interconexión.
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RESULTDOS Y TRABAJOS A FUTURO.
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Resultados Ya se ha hablado a cerca del contraste que se puede observar cuando se comparan los resultados
que otorga una inspección realizada por una persona contra una inspección realizada por un
sistema de visión autónomo.
El objeto de la implementación de un sistema de visión en los puntos de ensamble tratados fue
precisamente eliminar la posibilidad de error en el ensamble debido a una falla por parte de la
persona encargada de inspeccionar y además, garantizar la inspección del 100% de los tableros
producidos
La inspección hasta antes de la implementación del sistema de visión corría a cargo de inspectores
de calidad, que debido a la carga de trabajo, jamás verificaban la calidad de ensamble de cada uno
de los tableros, motivo por el cual, en un día de producción se debía retrabajar al menos alrededor
de 48 tableros, que entre los motivos principales del retrabajo, se encontraba, una mala
colocación del cable plano, un cuadrante de versión equivocada o un cuadrante mal colocado
ocasionando atoramiento de aguja.
Si se considera un promedio de 48 tableros retrabajados por día, entonces se habla de que en un
turno de 8 horas existían por lo menos 24 tableros mal ensamblados debido a una de las causas
mencionadas. Realizar un retrabajo de un cuadrante, conlleva el desacoplar el porta vidrio, los
botones pulsadores y las agujas para después corregir el estado o bien la versión del cuadrante y
después incorporarlos nuevamente a la línea de producción, para que vuelvan a ser ensamblados,
la actividad de desarmar un tablero a ese grado toma por lo menos 4 minutos, pero si se considera
que además de esos 4 minutos, tomara un tiempo adicional, el volverlo a integrar a la línea de
ensamble para que sea nuevamente terminado, entonces se tendría que adicionar
aproximadamente 2 minutos, quiere decir que cada tablero malo está consumiendo 6 minutos de
trabajo de una operadora, si esto a su vez se multiplica por los 24 tableros mal ensamblado en
cada turno, entonces se están invirtiendo 2 horas 24 minutos de trabajo de una operadora, lo cual
no resulta extremadamente caro, pero si ahora se considera que también se paga a un inspector
de calidad, entonces los costos de inspección y retrabajo mensualmente son elevados, y las
consecuencias grandes pues este tipo de inspección reduce la eficiencia de la línea de producción
Al realizar una corrida de 200 tableros durante 5 horas, utilizando como única inspección los
sistemas de visión propuestos se observó que de esos 200 tableros 40 fueron detectados como
malos y de esos 40, 37 de ellos efectivamente se encontraban mal ensamblados, 3 fueron falsas
alarmas debido a mal ajuste de parámetros, el gran beneficio se halla, en que mediante la
implementación de un sistema de visión no será necesario un inspector de calidad fijo para cada
línea, sino que un mismo inspector de calidad podrá atender a más de una línea por no requerirse
de su presencia todo el tiempo, se eliminan los retrabajos cuando alguno de los puntos
inspeccionados fuera la causa pues en el mismo momento que se identifica un error en el
ensamble se corrige y el tablero no pasa a la siguiente estación a menos que realmente se
encuentre bien ensamblado, si se traduce la eliminación del retrabajo más frecuente, a términos
administrativos lo que se está logrando en realidad es hacer a la línea más eficiente.
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Resultados en tiempo de una inspección a cargo de un humano
Tableros producidos
Fallas en ensambles en observación
Tiempo usado en retrabajo
Tiempo para inspeccionar
un tablero
Tiempo de inspección
06:00-07:00 42 2 00:12 00:00:25 00:17:30 07:00-08:00 39 1 00:06 00:00:25 00:16:15 08:00-09:00 47 4 00:24 00:00:25 00:19:34 09:00-10:00 28 3 00:18 00:00:25 00:11:39 10:00-11:00 35 4 00:24 00:00:25 00:14:34
total 191 14 01:24 01:19:32 Tabla 5.1 resultados en tiempo de una inspección a cargo de un humano
Resultados en tiempo de una inspección a cargo del sistema de visión implementado
Tableros producidos
Fallas en ensambles en observación
Tiempo usado en retrabajo misma estac.
Tiempo para inspeccionar
un tablero
Tiempo de inspección
06:00-07:00 48 2 00:00:38 00:00:06 00:04:48 07:00-08:00 36 1 00:00:13 00:00:06 00:03:36 08:00-09:00 45 3 00:00:52 00:00:06 00:04:30 09:00-10:00 39 2 00:00:28 00:00:06 00:03:54 10:00-11:00 44 3 00:00:49 00:00:06 00:04:24
total 212 11 00:24 00:21:12 Tabla 5.2 Resultados en tiempo de una inspección a cargo del sistema de visión implementado
Tableros producidos
Grafica 5.1Tableros producidos por hora
0
10
20
30
40
50
60
Inspeccion humana
Sistema de visión
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Tiempo de retrabajo
Grafica 5.2Tiempo de retrabajo por hora.
Tiempo de inspección
Grafica 5.3Tiempo de inspección por hora.
El contraste en la eficiencia de la inspección es evidente, el sistema implementado no solo asegura
la calidad del ensamble, sino que otorga una inspección con mayor agilidad y esto a su vez
aumenta la eficiencia de la línea de producción
00:0000:0200:0500:0800:1100:1400:1700:2000:23
00:25
Inspección humana
Sistema de Visión
00:00:00
00:07:12
00:14:24
00:21:36
Tiempo de inspeccion
Sistema de visión
Inspeccion humana
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5.1 Antes y después A fin de notar el contraste entre la forma en cómo se realiza el acoplamiento de los componentes
antes del implementación del sistema de visión y ahora se muestran las siguientes imágenes
tratando de hacer notar la diferencia
Figura 5.1 Ensamble de cuadrantes, “antes” Figura 5.2 Ensamble de cuadrantes, “despues”
5.2 Localización Los dos bancos de inspección desarrollados están localizados en puntos intermedios en las líneas
de ensamble por tanto la localización es como sigue:
Estación 10 Estación 20 Estación 30 Estación 40
Estación
retrabajo
Estación 50 Estación
60
Banco de
inspección
final
Empaque
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Estación 10 Ensamble de caja de luz con phototransistor, difusor, visualizador, marco y guía de luz
Estación 20 Ensamble 10 + tarjeta y conexión de cable plano (inspección mediante sistema de visión)
Estación 30 Ensamble 20 +ensamble de cuadrantes (sistema de Visi
Estación 40 Ensamble 30 + ensamble de agujas Estación 50 Ensamble 40 + botones, portavidrio y vidrio Estación 60 Prueba de vibración Estación 70 Inspección Final Empaque
Tabla 5.3Localización
5.3Trabajos a futuro Al momento debido a limitaciones en el presupuesto económico no se ha instalado los paneles de
visualización, en cambio se ha colocado una computadora y un monitor, a través del cual se
pueden visualizar los resultados de la inspección con un emulador del panel de visualización que
se propone para la aplicación. Queda pendiente la implementación del panel, las siguientes
características cumplen con las especificaciones mínimas requeridas para el funcionamiento del
sistema.
Figura 5.3Panel de visualización propuesto
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Fabricante Cognex®
Tipo de producto modelo Panel de visualización visiónview 700 Tamaño 7” Área visible 6” Tipo de pantalla TFT LCD Resolución 800*480 pixeles (384,000pixeles) Iluminación 400nit Tiempo de vida de la iluminación 10,000 horas al 50% de brillo Tiempo de vida de la pantalla tactil >1 millón de eventos (tacto) Memoria de sistema 64Mb Memoria de video 16Mb Salidas de LED 1 indicador de alimentación, 1 indicador del
estado de trafico de RED puertos de RED 5 puertos de red Ethernet 10/100 Mbps Puertos USB 3 puerto disponibles para grabar imágenes en
una unidad de disco USB Fuente de alimentación 24Vdc +- 10% 2ª
Tabla 5.4Características del panel de visualización propuesto
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CONCLUSIONES.
Se muestra el estado físico, la interconexión de los
componentes del sistema de visión que se está
desarrollando y además se desarrolla una interfaz
visual a través de la cual no solo se visualizara lo que
la cámara capta, sino que también se podrán
modificar los parámetros de evaluación en el
algoritmo que sean susceptibles de cambio.
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Conclusiones
Sin duda alguna, un sistema de visión ofrece la mejor solución cuando lo que se requiere es
inspeccionar pequeños detalles con gran rapidez, un sistema de visión hace de un proceso más
robusto pues análogamente a un humano se le estaría dotando del sentido de la vista, sin darle
junto con el sentido de la vista la opción de la distracción, un ser humano después de realizar una
misma actividad por mucho tiempo pierde la concentración en lo que está haciendo de forma muy
sencilla, además ninguna persona puede estar en todo momento disponible para inspeccionar el
100% de los productos lo cual le otorga la gran ventaja al sistema de visión, pues este no es
susceptible a ninguno de esos factores.
La calidad es tan antigua como la misma industria desde el momento en que se comenzó a
producir algo siempre se persiguió que este fuera hecho de la mejor manera, un sistema de visión
puede garantizar esa calidad sin la necesidad de que una persona se encuentre presente para
determinar si es o no un objeto de buena calidad.
La eficiencia es algo que no solo en una línea de producción es perseguida, sino en cualquier
actividad, pero en una línea de producción, la falta de eficiencia se traduce en perdida de dinero,
un sistema de visión aumentara la eficiencia de la línea de producción y con ello reducirá los
costos de producción resultando así un mayor margen de utilidad en el producto.
Aun cuando un sistema de visión ofrece innumerables ventajas, ninguna de estas ventajas se
podrá ver reflejada si no se realiza un entrenamiento correcto pues la cámara por si sola nunca
podrá diferenciar un producto bueno de uno malo, el sistema de visión sabe que producto es
bueno y que producto es malo, por tanto en gran medida los resultados que otorgue el sistema de
visión dependerán de que tan buena haya sido la programación.
Además de la programación existen otros factores que de no ser establecidos en forma adecuada
se verán reflejados gravemente en los resultados de la inspección, entre los que tienen mayor
efecto se encuentran el tipo de iluminación, la técnica de iluminación, el tipo de lente y la forma
en como es colocado el objeto a inspeccionar.
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REFERNCIAS.
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Referencias
[Cognexeducationalservices, 2010+ ”Hardwareconnections” Tutorial curso básico “software
imageAcquisition”Cognexeducationalservices, 2010, EE. UU., pp. 1.
*Cognexeducationalservices, 2010+ ”Lighting” Tutorial curso básico “Software
imageAcquisition”Cognexeducationalservices, 2010, EE. UU., pp. 18-52.
[Groover et al., 1989] Groover, M., Weiss, M., Ángel, R. y Odrey, N., (1989) “Robótica industrial”
tecnología, programación y aplicaciones. Mc Graw Hill Interamericana
[Infaimon, S.L., 2010+ “Cámaras de visión artificial” catalogo para la industria 2010 pp. 5-9
[Newman y Jain, 1995] Newman, T. y Jain, A., (1995) “A Survey of automated visual Inspection”
computer vision and image understanding.Vol. 61, pp. 231-262
[Somolinos, 2002+ Somolinos, j., (2002) “Avances en robótica y visión por computador”
Marcombo pp. 256-289
[Vargas, Víctor., 2010+ “Sistema de visión artificial para el control de calidad en piezas cromadas”
Tesis de Maestría, ESIME IPN, pp. 13-25
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ANEXOS.
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Anexos Algoritmo desarrollado para la aplicación de datos que comandara el sistema de visión, inspección
posterior
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Algoritmo desarrollado para la aplicación de datos que comandara el sistema de visión, inspección
posterior
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Algoritmo para control de disparo de cámara para inspección posterior
STEP 0
IF NOP
THEN RESET O0.0 'SEGURO MESA ABIERTA
RESET O0.1 'SEGURO MESA CERRADA
RESET O0.2 'EXTENDER ACTUADRO NEUMATICO
RESET O0.3 'RETRAER ACTUADOR NEUMATICO
RESET O0.4 'ENCENDER ILUMINACION
RESET O0.5 'DISPARO
STEP 10
IF I0.4 'SENSOR INICIO DE CARRERA BASE
THEN RESET O0.1 'SEGURO MESA CERRADA
SET O0.0 'SEGURO MESA ABIERTA
STEP 20
IF I0.0 'BOTON
THEN RESET O0.0 'SEGURO MESA ABIERTA
RESET O0.1 'SEGURO MESA CERRADA
STEP 30
IF I0.1 'SENSOR FINAL DE CARRERA BASE
THEN SET O0.1 'SEGURO MESA CERRADA
STEP 40
IF I0.1 'SENSOR FINAL DE CARRERA BASE
AND I0.2 'INICIO DE CARRERA ACTUADOR CAMARA
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THEN SET O0.4 'ENCENDER ILUMINACION
STEP 50
IF O0.4 'ENCENDER ILUMINACION
THEN SET O0.5 'DISPARO
STEP 55
IF NOP
THEN RESET O0.5 'DISPARO
STEP 60
IF NOP
THEN RESET O0.3 'RETRAER ACTUADOR NEUMATICO
SET O0.2 'EXTENDER ACTUADRO NEUMATICO
STEP 70
IF I0.3 'FINAL DE CARRERA ACTUADOR CAMARA
THEN SET O0.5 'DISPARO
STEP 90
IF NOP
THEN RESET O0.5 'DISPARO
RESET O0.4 'ENCENDER ILUMINACION
RESET O0.2 'EXTENDER ACTUADRO NEUMATICO
SET O0.3 'RETRAER ACTUADOR NEUMATICO
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STEP 100
IF I0.2 'INICIO DE CARRERA ACTUADOR CAMARA
THEN RESET O0.2 'EXTENDER ACTUADRO NEUMATICO
RESET O0.3 'RETRAER ACTUADOR NEUMATICO
RESET O0.1 'SEGURO MESA CERRADA
STEP 110
IF I0.4 'SENSOR INICIO DE CARRERA BASE
THEN SET O0.0 'SEGURO MESA ABIERTA
STEP 120
IF NOP
THEN JMP TO 0
Algoritmo para control de disparo de cámara para inspección frontal
STEP 0
IF NOP
THEN RESET O0.0 'SEGURO MESA ABIERTA
RESET O0.1 'SEGURO MESA CERRADA
RESET O0.2 'EXTENDER ACTUADRO NEUMATICO
RESET O0.3 'RETRAER ACTUADOR NEUMATICO
RESET O0.4 'ENCENDER ILUMINACION
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RESET O0.5 'DISPARO
STEP 10
IF I0.4 'SENSOR INICIO DE CARRERA BASE
THEN RESET O0.1 'SEGURO MESA CERRADA
SET O0.0 'SEGURO MESA ABIERTA
STEP 20
IF I0.0 'BOTON
THEN RESET O0.0 'SEGURO MESA ABIERTA
RESET O0.1 'SEGURO MESA CERRADA
STEP 30
IF I0.1 'SENSOR FINAL DE CARRERA BASE
THEN SET O0.1 'SEGURO MESA CERRADA
STEP 40
IF I0.1 'SENSOR FINAL DE CARRERA BASE
AND I0.2 'INICIO DE CARRERA ACTUADOR CAMARA
THEN SET O0.4 'ENCENDER ILUMINACION
STEP 50
IF O0.4 'ENCENDER ILUMINACION
THEN SET O0.5 'DISPARO
STEP 55
IF NOP
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THEN RESET O0.5 'DISPARO
STEP 60
IF NOP
THEN RESET O0.3 'RETRAER ACTUADOR NEUMATICO
SET O0.2 'EXTENDER ACTUADRO NEUMATICO
STEP 65
IF I0.5 'MEDIA CARRERA ACTUADOR CAMARA
THEN RESET O0.2 'EXTENDER ACTUADRO NEUMATICO
SET O0.5 'DISPARO
STEP 66
IF NOP
THEN RESET O0.5 'DISPARO
SET O0.2 'EXTENDER ACTUADRO NEUMATICO
STEP 70
IF I0.3 'FINAL DE CARRERA ACTUADOR CAMARA
THEN SET O0.5 'DISPARO
STEP 90
IF NOP
THEN RESET O0.5 'DISPARO
RESET O0.4 'ENCENDER ILUMINACION
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RESET O0.2 'EXTENDER ACTUADRO NEUMATICO
SET O0.3 'RETRAER ACTUADOR NEUMATICO
STEP 100
IF I0.2 'INICIO DE CARRERA ACTUADOR CAMARA
THEN RESET O0.2 'EXTENDER ACTUADRO NEUMATICO
RESET O0.3 'RETRAER ACTUADOR NEUMATICO
RESET O0.1 'SEGURO MESA CERRADA
STEP 110
IF I0.4 'SENSOR INICIO DE CARRERA BASE
THEN SET O0.0 'SEGURO MESA ABIERTA
STEP 120
IF NOP
THEN JMP TO 0