Visión Artificial en la Industria 4.0

Transcripción

1 Visión Artificial en la Industria Dr. Fernando Gayubo Director Gestión Robótica y Visión Artificial Fundación CARTIF Jornada 23 Febrero de 2016 Arroyo de la Encomienda (Valladolid)

2 2 Industria 4.0/Industrial Internet. El mundo industrial está en una nueva revolución: digitalización e interconexión (mundo digital, basada en Internet de las cosas), uso intensivo de las nuevas tecnologías de información, sensorización y las comunicaciones. Industrial Internet: industria informatizada, integración maquinaria compleja, sensores en red y software, Industria 4.0: sistemas ciberfísicos: Interacción/integración realidad física y mundo digital a través de las TICs. Visual Computing as a Key Enabling Technology for Industrie 4.0 and Industrial Internet, Posada, J., et al. Computer Graphics and Applications, IEEE. Vol. 35, 2015

3 3 Industria 4.0 Fábrica inteligente, basada en Internet de las cosas (IoT), Protagonismos de las personas, las máquinas, y los procesos, personalización del producto, adaptación flexible y automática de los procesos, Inter-comunicación entre productos y entre productos y máquinas, interacción hombre-máquina, optimización de la producción debido a las capacidades de comunicación, nuevos tipos de servicios y modelos de negocio que contribuyan a la aparición de nuevas formas de interacción en la cadena de valor.

4 4 Industria 4.0 Tecnologías facilitadoras: Visual Computing as a Key Enabling Technology for Industrie 4.0 and Industrial Internet, Posada, J., et all. Computer Graphics and Applications, IEEE. Vol. 35, 2015

5 5 Visual Computing El término Visual Computing está relacionado con un conjunto de tecnologías orientadas a la adquisición, gestión, análisis y síntesis de datos e información visual. Son varias las disciplinas y tecnologías englobadas dentro de este concepto, entre las que destaca la visión artificial, fundamental en los procesos de fabricación actuales. Visual analytics Human-machine interfaces Virtual engineering VR and virtual environments Augmented reality 3D Reconstruction Cognitive vision 3D geometric modeling Simulation/visualization IoT in 3D/Web3D GIS/visualization Multimedia Visual Computing Challenges of Advanced Manufacturing and Industrie 4.0. André Stork. IEEE Computer Graphics and Applications, 35(2):21-25, 2015

6 6 Visión artificial Conjunto de procesos destinados a realizar el análisis de imágenes, desde su captación, memorización, procesado e interpretación. La visión artificial no es algo que se compra, se saca de la caja y se enchufa como haríamos con un televisor. La Visión Artificial no es un fin en sí mismo. La visión artificial son una serie de herramientas, unas maduras otras muy innovadoras, que equipos de ingenieros e investigadores aplican para resolver problemas. La información que proporciona la visión artificial puede ayudar a identificar las causas de los problemas.

7 7 Visión artificial permite: inspeccionar objetos sin contacto físico, automatizar tareas repetitivas de inspección, Inspeccionar objetos físicamente inaccesibles para operadores humanos, Inspeccionar en entornos agresivos (calor, polvo, ruido, atmósfera corrosiva), realizar la inspección del 100% de la producción a gran velocidad, inspeccionar en tiempo real, determinar la posición de los objetos en el espacio, establecer relaciones espaciales entre varios objetos, determinar las coordenadas de un objeto, realizar mediciones angulares o tridimensionales, realizar inspecciones que no se realizaban por bajo índice de problemas

8 8 Visión artificial requiere: que tanto el usuario final como el fabricante de maquinaría estén familiarizados con todas las características de la aplicación. que la instalación convenza a las personas que están en la cadena de producción. un correcto entrenamiento de los operarios.

9 9 Percepción visual El hombre recibe a través del sistema de visión el 75% de la información. La percepción visual es muy importante en los procesos humanos de aprendizaje y resolución de problemas. VENTAJAS Años de entrenamiento en la percepción y procesamiento de imágenes, Adaptable a parámetros externos (iluminación, cambio de producto...) INCONVENIENTES Fatiga visual, Velocidad de procesamiento, Precisión de la observación, Disponibilidad horaria...

10 10 Percepción visual Si se ve a simple vista, se puede resolver por visión... Una cosa es que algo que una persona "ve" sea susceptible de procesamiento por visión artificial y otra que realmente se pueda automatizar. No se llega a reproducir la capacidad de visión de un ser humano (al menos en la actualidad). Ley del cierre (Triángulo de Kanizsa). Ley de la continuidad

11 11 Percepción visual Si se ve a simple vista, se puede resolver por visión... Una cosa es que algo que una persona "ve" sea susceptible de procesamiento por visión artificial y otra que realmente se pueda automatizar. No se llega a reproducir la capacidad de visión de un ser humano (al menos en la actualidad).

12 12 La apariencia visual de un objeto es el resultado de una compleja interacción de la luz incidente, sus características ópticas, y cómo se captura e interpreta la información. Sistema de visión artificial iluminación Dispositivos de adquisición de imágenes Hardware de procesamiento y software adecuado

13 13 Iluminación En visión artificial los resultados están fuertemente influenciados por la calidad de las imágenes capturadas: las características que se quieren examinar se deben "ver" en la imagen. La calidad de la imagen está afectada en gran medida por las condiciones de iluminación (uniformidad, estabilidad temporal, respuesta espectral) Una imagen de calidad reduce el tiempo y la complejidad del procesamiento de imágenes. Cada aplicación requiere una estrategia de iluminación.

14 14 La visión artificial permite extraer y analizar información: espectral, espacial y temporal de distintos objetos. La información espectral: frecuencia e intensidad. La información espacial: forma y posición. La información temporal: presencia/ausencia e instante/secuencia.

15 15 Tecnologías de visión artificial 3D, información geométrica Basadas en tecnología óptica activa: emiten algún tipo de onda electromagnética (normalmente láser, luz visible o radiación IR) de estructura definida y conocida por el sensor que debe de captarla. Tiempo de vuelo, Diferencia de fase, Triangulación, Estado sólido, WFD (Wave Form Digitizer), Luz estructurada (patrones) Basadas en tecnología óptica pasiva: se limitan a observar la escena a través de un sistema óptico y la iluminación es la propia luz ambiental (o en todo caso luz artificial que simula la ambiental, como el flash). Fotogrametría clásica o convencional, Estereoscopía, SfM (Structure from Motion)

16 16 2- Aplicaciones detección de fisuras y poros en grandes piezas de acero embutido (caso 1) Sistema multicámara Detecta defectos en cordones de soldadura y en zonas críticas con riesgo de rotura Inspección del 100 % de la producción. Sin penalizar el tiempo de ciclo. Adaptado a las características de la línea. Configuración por el usuario de nuevas referencias

17 17 2- Aplicaciones detección de fisuras y poros en grandes piezas de acero embutido (caso 2) Cámara embarcada en robot Piezas en movimiento Superficies metálicas tridimensionales Inspección del 100% de la producción Flexibilidad al cambio de referencia

18 18 2- Aplicaciones inspección de defectos en el envasado: bolsas doypack y tarrinas rígidas Detección de presencia de elementos extraños Aislamiento de la zona de inspección sin afectar al proceso de fabricación Iluminación IR (transmitancia de la tinta) Cámara matricial (alta resolución y alta eficiencia cuántica en la zona del IR) y cámara lineal de alta velocidad (imágenes en movimiento)

19 19 2- Aplicaciones presencia/ausencia, correcta colocación de piezas, textura cabeceros de asientos del automóvil Alta cadencia. Gran variedad de referencias. Inspección 100%

20 20 2- Aplicaciones Detección de defectos superficiales en acero laminado Cámaras lineales de alta velocidad. Iluminación multiespectral Procesamiento en tiempo real (velocidad línea 200m/min y bobinas de 3.000m x 2m). Superficies altamente reflectivas. Sistemas inteligentes de aprendizaje

21 21 3- Retos y Oportunidades Entornos no estructurados? entornos colaborativos? lograr el nivel de abstracción que tenemos los humanos? aprendizaje automático? procesamiento de nubes de puntos en tiempo real?

22 22 3- Retos y Oportunidades La visión artificial puede ser cuantitativa, mientras que la visión humana es principalmente cualitativa y subjetiva.

23 Muchas gracias por su atención 23 Dr. Fernando Gayubo Director Gestión Robótica y Visión Artificial Fundación CARTIF comercial@cartif.es