La guía para la inspección por visión
Elaboración de un programa eficaz
y la grabación, y para cualquier fin, sin el consentimiento expreso por escrito de Mettler-Toledo CI-Vision.
Esta documentación se proporciona con derechos restringidos.
Contenido Página
Introducción 2
Introducción a los programas de inspección por visión 4
Motivos para implantar un programa de inspección por visión 6
Características fundamentales de diseño 10
Funcionamiento de la tecnología de visión 14
Importancia de la manipulación y el seguimiento de los productos 22
Aplicaciones de inspección por visión para empaquetado 28
Mantenimiento de un programa de inspección por visión 42
Introducción
Para cualquier producto, una sólida reputación de la marca es un recurso inestimable aunque potencialmente vulnerable que debe protegerse a cualquier precio. La reputación de la marca puede verse fácilmente dañada por factores negativos como las quejas de los clientes, la preocupación por la seguridad de los productos y las retiradas de estos. No obstante, la tecnología de visión proporciona una solución de inspección que examina todos los
productos de una línea de producción con un alto nivel de precisión, lo que la convierte en un medio extremadamente efi caz de protección frente a los riesgos.
No obstante, solo con usar la tecnología de inspección por visión y el hardware adecuados no basta para garantizar una protección de los productos realmente efi caz. La inspección por visión debe formar parte de un programa de inspección de productos de la línea de producción completo. Además, si se implementa correctamente, puede ayudar a proteger, preservar y forjar una reputación de la marca sólida, tanto ahora como en el futuro.
El objetivo principal de esta guía es ayudarle a decidir qué elementos de un programa de inspección por visión necesita y qué tipos de tecnología de inspección por visión se adaptarán mejor a sus procesos de producción.
Esta guía incluye, además, un resumen detallado de las causas típicas de las retiradas de productos que un programa de inspección por visión ayudará a identifi car, seguido de una introducción detallada sobre los tipos de tecnología de visión disponibles en la actualidad.
Por último, la guía concluye con la descripción sobre cómo elaborar un programa de inspección por visión efi caz que le ayudará a proteger sus productos, su marca y a sus consumidores.
Los procesos de inspección por visión descritos en esta guía se aplican a muchos tipos de entornos de producción, si bien el foco de atención reside en la fabricación y empaquetado de productos de consumo en entornos con la certifi cación ISO cubiertos por el estándar de Análisis de Peligros y de Puntos Críticos de Control (HACCP, por sus siglas en inglés).
Del mismo modo, se otorga importancia a las instalaciones de fabricación farmacéuticas reguladas por la 21 CFR, parte 11 (Código de Reglamentos Federales).
Introducción
Notas
1 Introducción a los programas de inspección por visión
Introducción a los programas de inspección por visión
Un programa de inspección por visión es una herramienta esencial para mejorar la efi ciencia, la calidad y la
productividad de las operaciones, por ejemplo, la fabricación, el montaje o el empaquetado. La inspección por visión logra estos objetivos evitando que los productos defectuosos lleguen a distribuirse a los consumidores. Asimismo, esta tecnología supervisa la aparición de excesivos defectos y muestra advertencias cuando se producen.
1.1 Introducción a los programas de inspección por visión
1.1 Introducción a los programas de inspección por visión
En los últimos años, han aumentado las expectativas de comerciantes y consumidores fi nales respecto a los productos. Como consecuencia, estas personas se han vuelto mucho menos pacientes con la mala calidad de los productos especialmente, cuando esto conduce a riesgos sanitarios.
No obstante, si existe un programa de inspección por visión correctamente implementado y gestionado, este puede convertirse en una poderosa herramienta para:
• Proteger a los fabricantes, comerciantes y consumidores de las consecuencias de encontrar productos mal etiquetados y con alérgenos sin identifi car.
• Proteger la reputación de una marca.
• Ayudar a las empresas a adherirse a las directrices de buenas prácticas de la industria.
• Cumplir con los estándares del comerciante.
Estudios realizados muestran que el 65 % de los consumidores consultan el envase durante la compra del producto. Cuando se enfrentan con un paquete de mala calidad por ejemplo, un paquete con una etiqueta arrugada o rasgada, es más que probable que los consumidores escojan un producto diferente.
PackagingWorld.com, uno de los principales proveedores de materiales de empaquetado de Canadá, afi rma que el 55 % de las retiradas de la industria alimentaria se deben a un etiquetado inadecuado.
Otro problema habitual derivado de un mal etiquetado es la omisión de ingredientes, que puede llegar a provocar una reacción alérgica o incluso el fallecimiento de los consumidores. Los daños ocasionados a la marca de una empresa por este motivo pueden ser irreversibles, además de suponer costes excepcionalmente elevados por la retirada de un producto.
Otras consecuencias negativas pueden incluir el reprocesamiento, los costes de sustitución, las interrupciones en el canal de distribución, las multas y las demandas judiciales.
Existe, por tanto, una clara necesidad de preservar la integridad de las marcas, para proteger a los clientes y satisfacer las crecientes expectativas de los consumidores. Como resultado, la mayoría de las empresas que solían contar con inspectores humanos están ahora implementando programas de inspección por visión.
Estos programas permiten a los fabricantes detectar y rechazar productos que son defectuosos por diversos motivos bien porque los envases no se han llenado por completo, bien porque no disponen de las etiquetas apropiadas o, quizás, porque sus etiquetas están arrugadas los tapones no están debidamente ajustados.
A diferencia de los inspectores humanos, los sistemas de inspección por visión nunca parpadean ni se cansan y son capaces de detectar el 100 % de los defectos cuya captura se ha programado. Esto prácticamente garantiza que un producto defectuoso nunca llegue a un consumidor.
Además de detectar el 100 % de los defectos de productos, los sistemas de inspección por visión también se programan para:
• Comparar el empaquetado de la línea de producción con imágenes
“ideales” (es decir, imágenes de la apariencia que debería tener un producto adecuado) y rechazar los productos que no coincidan con estas.
• Medir las dimensiones del producto y rechazar el que se halle fuera del rango de tolerancia. Por ejemplo:
− Posición X e Y de las etiquetas − Desviación de las etiquetas − Altura del tapón
− Desviación del tapón
− Leer los datos de los productos para verifi car que se muestra la información correcta y que están impresos con un nivel de calidad aceptable.
• Contar el número de productos en un envase o paquete y rechazarlo si faltan o sobran artículos.
Si bien todos los sistemas de inspección por visión desempeñan funciones esenciales, la mayoría de los fabricantes requieren un cierto nivel de personalización en el desarrollo de su sistema específi co.
Por este motivo, los compradores de sistemas deben ser cautelosos con los proveedores que dicen tener soluciones “universales”, pues los sistemas funcionan mejor en sus propios entornos altamente especializados y estrictamente controlados.
2 Motivos para implantar un
programa de inspección por visión
Motivos para implantar un programa de inspección por visión
A la hora de plantearse las ventajas de invertir en un programa de inspección por visión y si dicho programa aportará valor añadido a un proceso de producción, es importante, en primer lugar, tener en cuenta los motivos por los que una organización desearía adquirir un sistema de inspección por visión.
2.1 Reducción al mínimo de defectos de calidad 2.2 Protección del cliente y del consumidor 2.3 Protección de la marca y de la reputación 2.4 Retorno de la inversión
2.5 Cumplimiento de las buenas prácticas y los estándares de la industria
2.6 Reducción al mínimo del riesgo y el impacto de las retiradas y devoluciones de productos
En este capítulo se describe cómo los fabricantes pueden benefi ciarse de un programa de inspección por visión, por los siguientes motivos:
• Reducción al mínimo de los defectos de calidad
• Protección de los clientes y consumidores
• Protección de las empresas, sus marcas y reputaciones
• Retorno de la inversión (ROI) positivo
• Cumplimiento de las directrices de buenas prácticas y los estándares de la industria
• Reducción al mínimo de los riesgos y el impacto de las retiradas y devoluciones de productos
2.1 Reducción al mínimo de defectos de calidad
Enfrentarse a problemas de calidad de la línea de producción puede reducir los resultados, sobre todo en líneas automatizadas de gran volumen.
Sin embargo, los costes por tales pérdidas pueden resultar insignifi cantes en comparación con los problemas que surgen cuando el cliente o el consumidor fi nal detectan un producto defectuoso después de que haya salido de las instalaciones de empaquetado. Estos problemas pueden traer consigo la retirada del producto, daños a la marca, publicidad negativa e incluso posibles reclamaciones legales.
El tiempo y el dinero invertidos en impedir, en primer lugar, que surjan este tipo de problemas producen una rentabilidad mucho más alta que si se emplearan en resolver dichos problemas una vez que se han producido.
Un programa de inspección por visión correctamente implementado contribuirá a la reducción del número de productos defectuosos, ofrecerá datos estadísticos que mejoren los procesos de producción, informará a los operadores del aumento de las tasas de errores, reducirá los costes asociados, y mejorará la satisfacción del cliente y del consumidor.
Esto, a su vez, conducirá a una mayor rentabilidad y a una protección más efi caz de la marca del fabricante.
2.2 Protección del cliente y del consumidor
Las técnicas de fabricación actuales están mejorando constantemente con el objetivo de reducir los defectos de calidad. Sin embargo, siempre existe el riesgo de que los procesos o procedimientos puedan fallar, dando lugar a que productos defectuosos lleguen al mercado.
Los fabricantes y sus trabajadores tienen la obligación, con sus clientes y consumidores fi nales, de minimizar estos fallos; es decir, deben garantizar una calidad uniforme del producto y adoptar todas las medidas posibles para proteger el bienestar del usuario fi nal. Un enfoque proactivo de la gestión de la calidad contribuirá, en gran medida, a respaldar la mejora de las relaciones con los comerciantes y a proteger las futuras oportunidades de negocio.
2.3 Protección de la marca y de la reputación
Una imagen de marca sólida inspira en los comerciantes y consumidores garantía de seguridad y calidad de los productos. Una imagen de marca positiva es, con frecuencia, responsable de la fi delización de los consumidores, lo que la convierte en un factor importante que contribuye a la maximización de las ventas. Asimismo, una imagen de marca positiva y una reputación sólida pueden justifi car el precio más elevado de los productos de calidad superior.
Estas son las razones que obligan a las empresas a proteger las marcas, que son importantes activos que deben gestionarse con atención y protegerse frente a la publicidad negativa. En el supuesto de que una empresa sea objeto de una investigación debido a la queja de un cliente, la documentación apropiada se considerará una prueba tangible de la existencia de los programas de protección de productos adecuados.
2.4 Retorno de la inversión
La implementación de un programa de inspección por visión también puede generar un retorno de la inversión (ROI) rápido y positivo.
Esta inestimable contribución al rendimiento y la rentabilidad pueden asegurarse al adquirir y aplicar, por primera vez, un programa de inspección por visión efi caz.
Al calcular el ROI, estos son los principales factores que deben tenerse en cuenta:
• Reducción del número de retiradas y devoluciones de productos.
• Elusión de las sanciones del comerciante por la entrega de productos defectuosos.
• Reducción de la cantidad de personal necesario para inspeccionar visualmente el producto.
• Entrega de notifi caciones más rápidas sobre problemas de calidad con el fi n de reducir el número de productos defectuosos fabricados (esto disminuye la cantidad de desperdicios o productos desperdiciados y de empaquetado).
El retorno de la inversión derivado de la ausencia de multas y de una reducción de las retiradas de productos puede resultar difícil de medir en términos fi nancieros. Por ese motivo, suele considerarse un factor intangible y omitirse de los cálculos del retorno de la inversión. Evitar las multas y reducir las retiradas de productos son, no obstante, benefi cios fi nancieros importantes que deben tenerse en cuenta al garantizar la efi caz
Una vez diseñado y confi gurado un programa de inspección por visión, este debe proporcionar muchos años de ventajas continuadas.
Sin embargo, los fabricantes deben ser conscientes de que los cambios en los productos y el empaquetado pueden hacer que ciertos sistemas de inspección por visión queden obsoletos, reduciéndose con el tiempo su valor y efi cacia.
Por tanto, al especifi car un sistema de inspección por visión, resulta fundamental tener en cuenta los posibles cambios de productos y buscar un diseño fl exible. De esta forma, se garantiza que el sistema seguirá funcionando al máximo de sus capacidades, proporcionando el mayor valor posible después de que se consiga el retorno de la inversión inicial.
2.5 Cumplimiento de las buenas prácticas y los estándares
de la industria
Aunque las nuevas leyes han aumentado considerablemente los requisitos de empaquetado y etiquetado de productos, los fabricantes no están obligados legalmente a instalar sistemas de inspección por visión.
No obstante, si la acción judicial emprendida contra un fabricante se debe a un producto mal etiquetado, el sistema de inspección por visión puede ser una herramienta inestimable para ayudar a probar que el fabricante ha cumplido con los procedimientos de diligencia debida.
La incapacidad de demostrar la diligencia debida podría acarrear graves consecuencias. Así pues, vale la pena recordar que es más fácil probar la debida diligencia cuando la organización dispone de un sistema documentado que evalúa de forma continuada los riesgos para la seguridad de los productos y que asigna recursos para minimizarlos.
Los sistemas de inspección por visión son una herramienta útil para el mantenimiento de los estándares de calidad adecuados que, con frecuencia, son el centro de las auditorías de clientes o comerciantes especialmente si sirven como puntos críticos de control en un programa HACCP (Análisis de Peligros y de Puntos Críticos de Control).
La ventaja de tener un sistema de visión como parte de un programa HACCP más amplio es que la documentación requerida para probar que el sistema se está usando correctamente ya estará disponible en el marco de un programa de calidad general de la fábrica.
Los tipos de auditoría que se benefi ciarán de un programa completamente documentado son:
• Auditorías internas de sistemas de gestión y seguridad alimentaria
• Auditorías de los comerciantes
• Auditorías de sistemas de gestión de la calidad (p. ej.: ISO 9001:2000)
• Auditorías HACCP, incluidos BRC, IFS, SQF 2000 e ISO 22000
Motivos para implantar un programa de inspección por visión
Elemento Introduzca los datos Datos de ejemplo
A Piezas producidas por minuto 500
B Horas de producción por día 8
C Días de producción por semana 5
D Tarifa media por hora intensiva de los inspectores 18,00 $
E Número de inspectores 1
F Defectos estimados como porcentaje de la producción por semana (PPS)*
1,0 %
G Costes adicionales de acabado de los productos (empaquetado, procesamiento adicional, montaje, etc.)**
0,10 $
H Dólares invertidos en el sistema de visión 70 000,00 $
* Este cálculo conservador asume que en el porcentaje de defectos identifi cados, no hay diferencias entre el ojo humano y el sistema de inspección por visión.
En realidad, un sistema de inspección por visión identifi cará el 100 % de los defectos que está programado para identifi car; es decir, bastantes más que un inspector cansado en una línea a gran velocidad.
** Este cálculo asume que los productos considerados como rechazados han incurrido en los costes de acabado completos.
PPS = A x 60 x B x C 1 200 000 piezas
Coste de la inspección por semana (CIPS) = B x C x D x E 720,00 $
Efectivo aportado cada semana a los productos defectuosos (EAPD) = PPS x F x G 1200,00 $
ROI (retorno de la inversión) en semanas
ROI calculado por el coste añadido a los productos defectuosos = H / EAPD 58,3 semanas
ROI calculado por el coste de los inspectores = H / CIPS 97,2 semanas
ROI por los costes y el ahorro de mano de obra = H / (EAPD + CIPS) 36,46 semanas
Calculadora del retorno de la inversión de un sistema de inspección por visión
Motivos para implantar un programa de inspección por visión 2
2.6 Reducción al mínimo del
riesgo y el impacto de las retiradas y devoluciones de productos
Hoy en día, los productos defectuosos están dando lugar a consecuencias cada vez más complejas y difíciles cuando llegan a los consumidores fi nales. Los consumidores, cada vez más conscientes de sus derechos legales, están ahora mucho más dispuestos a emprender acciones legales cuando encuentran un producto defectuoso. Asimismo, tienden más a ponerse en contacto con los medios de comunicación o a compartir su insatisfacción en las redes sociales para llamar la atención negativa sobre un productor o incluso ganar dinero por la venta de su historia.
Con el fi n de protegerse cuando los productos defectuosos llegan a los consumidores fi nales, los comerciantes también están tomando precauciones, a menudo, exigiendo el pago de multas a los fabricantes, en caso de que les hayan suministrado productos defectuosos.
Además de tener que hacer frente a las acciones negativas y, muchas veces, costosas de los consumidores y comerciantes, los fabricantes también deben responsabilizarse de los costes asociados a la retirada de los productos defectuosos del mercado. Asimismo, existen costes signifi cativos derivados de la interrupción de los canales de distribución como consecuencia de la retirada y la sustitución de un producto (es decir, el coste de fabricación y distribución urgentes), así como la pérdida de benefi cios por la falta de presencia de los productos en las estanterías de los comerciantes. Todas estas consecuencias pueden ser devastadoras para el éxito comercial a corto y largo plazo del fabricante (véase el ejemplo de aviso de retirada de producto a la derecha).
Afortunadamente, un programa de inspección por visión correctamente instalado y bien gestionado puede servir de gran ayuda a los fabricantes que deseen asegurarse de que los productos defectuosos no llegan al mercado.
Un sistema de inspección por visión puede detectar una amplia gama de defectos (consulte el capítulo 8) y, con absoluta certeza, es capaz de inspeccionar el 100 % de los productos en tiempo real, rechazando cualquiera que esté defectuoso e impidiendo que llegue al mercado.
Aviso típico de retirada de la FDA
Anuncio de retirada voluntaria debido al etiquetado incompleto sobre alérgenos
COMUNICADO DE RETIRADA DEL MIÉRCOLES 5 DE MAYO DE 2015 A LAS 7:30
OHIO – (ENEWSPF) – martes, 5 de mayo de 2015. Se inicia una retirada voluntaria de algunas cajas del Producto X debido a que los contenedores externos de algunas de las cajas se distribuyeron sin una indicación preventiva completa sobre alérgenos. Los consumidores que sean alérgicos a los cacahuetes corren el riesgo de sufrir reacciones alérgicas graves o mortales si consumen productos que contengan este fruto.
Las cajas del Producto X son artículos de temporada que se distribuyen a nivel nacional en supermercados y establecimientos al por mayor.
Los únicos productos incluidos en la retirada voluntaria son el Producto X en caja distribuido durante el verano de 2009 con los códigos del día que comienzan por 9XXX hasta 9XXX, y una fecha de caducidad de junio/junio de 2010. Los códigos UPC de los productos afectados son 5XXXX-6XXXX para la versión de comercio minorista, y 5XXXX-6XXXX para la versión de comercio mayorista. Esta retirada no afecta a ningún otro producto.
El defecto ha llegado al conocimiento del fabricante por la queja de un consumidor, pero no se ha notifi cado ninguna enfermedad.
Los componentes incluidos en las cajas estaban completamente
etiquetados, con una indicación preventiva en uno de los componentes que afi rmaba “fabricado en instalaciones que también procesan cacahuetes”.
Sin embargo, los contenedores externos de algunas de las cajas se distribuyeron sin una indicación preventiva completa. Ante la necesidad de proteger a toda costa la salud y seguridad de nuestros consumidores, iniciamos esta retirada voluntaria. Ya hemos avisado a la Agencia de Alimentos y Medicamentos (FDA) de los Estados Unidos y colaboraremos plenamente con ellos en esta retirada voluntaria. Nuestra primera prioridad es proporcionar a los consumidores productos seguros y de alta calidad.
Se aconseja a los consumidores que sean alérgicos a los cacahuetes y que hayan comprado los productos retirados que no los consuman.
En su lugar, pedimos a estos consumidores que se pongan en contacto directamente con los servicios de atención al consumidor para recibir instrucciones. Los consumidores no deben devolver el Producto X a las tiendas.
Los consumidores que tengan alguna pregunta deben ponerse en contacto con los servicios de atención al consumidor o visitar su página web.
3 Características fundamentales de diseño
3.1 Factores que se deben tener en cuenta al seleccionar un sistema de inspección por visión
3.2 Factores de diseño para sistemas de inspección por visión 3.3 Manipulación de productos
3.4 Diseño del mecanismo de rechazo 3.5 Diseño higiénico
3.6 Diseño de una solución a prueba de fallos 3.7 Diseño mecánico
3.8 Velocidad de inspección 3.9 Iluminación
Características fundamentales de diseño
Si se produce un error en un sistema de inspección por visión, el fabricante se enfrenta a una difícil decisión:
detener la producción hasta que pueda programarse la visita de un ingeniero de mantenimiento o mantener la línea de producción en marcha y poner en riesgo la producción de mercancías defectuosas.
3.1 Factores que se deben tener en cuenta al seleccionar un sistema de inspección por visión
La mejor forma de que un fabricante evite esta difi cultad no deseada consiste en seleccionar un sistema de inspección por visión que ofrezca un rendimiento y una fi abilidad excepcionales. Este capítulo proporciona información valiosa sobre los factores clave que deben tenerse en cuenta cuando se selecciona una solución de inspección por visión segura que proporcione años de servicio fi able.
Sencillamente, los fabricantes deben buscar una solución de inspección por visión capaz de ofrecer una detección y un rechazo de productos defectuosos uniformes y fi ables, sin que se produzcan falsos rechazos.
De este modo, se ganará la confi anza de los responsables de gestión y los operarios de la línea, lo que garantiza una mejor protección a largo plazo de los clientes de la marca y el producto.
Resulta importante evitar, a toda costa, los sistemas que estén sujetos a detecciones erróneas, confi guraciones complejas y la generación de falsos rechazos, pues todo ello puede provocar difi cultades en la producción y la insatisfacción del personal de operaciones. En la mayoría de los casos, es mejor elegir un proveedor de sistemas de inspección por visión que haya estandarizado las ofertas con confi guraciones diseñadas para dar respuesta a estos factores desde el principio.
Estabilidad
La estabilidad es el factor diferenciador de una solución de inspección por visión de alta calidad, y destaca la diferencia entre la sensibilidad y el rendimiento del equipo. En este contexto, el rendimiento es una medición de la capacidad del equipo en condiciones reales de funcionamiento de la planta.
Una solución de inspección por visión estable puede funcionar de forma coherente es decir, sin falsos rechazos ni detecciones erróneas y no debería requerir ajustes periódicos. Al probarlos en condiciones de laboratorio, la mayoría de los sistemas de inspección por visión mostrarán niveles de sensibilidad semejantes a un lado y a otro. Sin embargo, durante un período prolongado en una línea de producción, se hacen patentes las diferencias
más signifi cativas, por lo que una solución inestable (especialmente, cuando se conectan a un dispositivo de rechazo automático) puede llegar a convertirse rápidamente en el centro de todas las críticas.
Repetibilidad
Además de los falsos rechazos, la inestabilidad puede ocasionar, con el tiempo, una variación en la tasa de detección de defectos. Contar con una solución que detecte correctamente las muestras de prueba repetidas veces cada vez que se usa durante un período de semanas o meses infunde confi anza en el usuario y garantiza la detección del producto defectuoso para que se pueda retirar de la producción.
Confi guración sencilla
Resulta poco probable que una solución de inspección por visión con un procedimiento de confi guración complejo o confuso pueda calibrarse correctamente durante la instalación o un cambio del producto. Por el contrario, el usuario debería poder ajustar de forma fácil y sencilla una solución de inspección por visión con una confi guración clara desde el principio. De hecho, tras la formación inicial, el usuario debería ser capaz de cambiar los perfi les de los productos y poner la máquina en funcionamiento sin referencias adicionales a un manual de instrucciones.
Por ese motivo, resulta tan importante la presencia de procedimientos lógicos y de una intuitiva interfaz usuario-máquina (HMI) cuando se elige un sistema de inspección por visión adecuado. La presencia de estos factores signifi ca que el usuario no tiene que memorizar secuencias especiales y permite que los cambios se realicen correctamente mucho tiempo después de que se reciba la formación inicial.
Diseño fl exible
Una de las principales ventajas de usar un sistema de inspección por visión completo reside en que este tipo de sistema está diseñado con el fi n de adaptarse a los componentes modulares de hardware, software y estructuras fl exibles. Además, permite el crecimiento de las capacidades de inspección del sistema conforme aumentan las necesidades de inspección de los fabricantes, lo que ahorra tiempo que, de lo contrario, se habría empleado en diseñar un nuevo sistema.
3.2 Factores de diseño para sistemas de inspección por visión
Protección ambiental
El diseño de cualquier sistema de inspección por visión debe tener en cuenta los requisitos de higiene de los productos y, también, debe ser compatible con las exigencias de higiene del entorno en el que el sistema va a funcionar.
Si las condiciones de producción son especialmente exigentes, entonces, la solución de inspección por visión debería construirse para soportar tales difi cultades, lo cual puede implicar programas de lavado y esterilización.
Para los productores de carne, aves, lácteos y productos similares, la incapacidad de una solución de inspección por visión de resistir a los frecuentes lavados es un problema común. Además, la reparación de una solución de inspección por visión a la que le ha entrado agua suele resultar cara y requerir tiempo.
Siempre que los parámetros de rendimiento se hayan especifi cado correctamente en el momento de la compra, el rendimiento del sistema no debería verse afectado cuando el equipo está expuesto al agua o el vapor en la planta de producción.
Inmunidad a la vibración y la luz ambiental
Todas las soluciones de inspección por visión usan la luz para crear contraste entre la zona inspeccionada y el fondo. Sin embargo, si se observan condiciones de luz ambiental o cambiante en el entorno de producción, el sistema podría tener problemas para funcionar de manera efi caz.
Además, el movimiento imprevisto del producto en relación con las cámaras, dará lugar a la aparición de falsos rechazos o de defectos que se queden sin rechazar. Por ejemplo, las vibraciones a lo largo de una línea de producción pueden desalinear lentamente las cámaras si no están debidamente protegidas. Asimismo, dichas vibraciones pueden desplazar los productos y provocar cambios en la separación, lo que, a su vez, puede derivar en un funcionamiento inadecuado de las cámaras durante la adquisición de imágenes.
Para evitar estos resultados no deseados, el sistema de inspección por visión debe contar con una mecánica, un software y unas confi guraciones de iluminación correctamente diseñadas. Las soluciones que no tengan estos factores en cuenta requerirán un mantenimiento y una supervisión adicionales que les permitan funcionar de manera efi caz.
3.3 Manipulación de productos
La adecuada presentación del producto a las cámaras del sistema de inspección por visión es fundamental para garantizar que la inspección tenga lugar de manera correcta. The inspection could be compromised if, for example:
• Los productos se encuentran demasiado juntos.
• El producto no presenta el área de inspección de forma coherente.
• El producto no es estable.
• La acumulación de productos se produce en el lugar de la inspección o en el punto de rechazo.
• Las tasas de producción superan las capacidades de inspección máximas del sistema.
El proveedor de soluciones de inspección por visión debe tener en cuenta todas estas cuestiones al desarrollar el sistema, así como cualquier hardware de manipulación de productos que pueda requerirse.
(Consulte el capítulo 6 para obtener más detalles).
3.4 Diseño del mecanismo de rechazo
La inefi cacia de los sistemas de rechazo generalmente provocada por un seguimiento defi ciente de los productos en la línea es, probablemente, el punto más débil de la mayoría de los sistemas de inspección por visión y, como consecuencia, no permite rechazar el producto defectuoso con fi abilidad y efi cacia de la línea de producción.
Una solución bien especifi cada debería tener un diseño a prueba de errores y ser capaz de rechazar todos los productos defectuosos bajo cualquier circunstancia. (Para obtener más información sobre los mecanismos de rechazo, consulte el capítulo 5).
Características fundamentales de diseño
3.5 Diseño higiénico
Los sistemas de inspección por visión que funcionan en entornos higiénicos deberían seguir los principios de diseño higiénico; es decir, el diseño no debería acumular trazas de suciedad y sí facilitar la limpieza. Entre las características del diseño se incluirán:
• Eliminación de cavidades/espacios de acumulación de bacterias
• Sellado de todas las secciones huecas
• Ausencia de rebordes y superfi cies horizontales
• El uso de estructuras soldadas continuas de diseño abierto para facilitar el acceso y la limpieza
• Gestión higiénica de cables eléctricos, canaletas y servicios neumáticos
3.6 Diseño de una solución a prueba de fallos
Se debe tener en cuenta lo que podría pasar si se produce un error en el adecuado funcionamiento de un sistema de inspección por visión (por ejemplo, si un dispositivo de rechazo no elimina el producto defectuoso o se produce una avería en algún otro sistema). Una buena práctica consiste en integrar características de diseño a prueba de fallos en el sistema de inspección por visión para reducir las probabilidades de que se produzca un funcionamiento incorrecto y sus consecuencias. Por ejemplo, los sistemas de confi rmación de rechazo pueden servir para confi rmar que el producto defectuoso ha llegado al contenedor de rechazo, al tiempo que pueden implementarse sensores de seguridad a prueba de fallos en caso de que alguno se desconecte o bloquee durante mucho tiempo.
3.7 Diseño mecánico
Un diseño mecánico de un sistema de inspección por visión viene determinado por el campo de visión, las lentes y la fuente de luz de las cámaras. El diseño mecánico también debe tener en cuenta la línea de producción y el hardware existentes, incluidos la altura de la línea, el espacio libre disponible y cualquier normativa de seguridad de la máquina vigente. Al diseñar las monturas para las cámaras y las luces, los componentes de dichas monturas deben protegerse frente a las vibraciones o los impactos, y deben poder ajustarse fácilmente, según sea necesario.
Además, las propias posiciones de las cámaras y las luces deben poder regularse con facilidad cuando cambian las áreas de inspección.
Las cámaras también deben poder bloquearse tras el ajuste, a fi n de evitar que los operadores las desplacen accidentalmente. Para facilitar la colocación, es preciso que las cámaras y las luces puedan moverse de manera independiente una de otra cuando se realicen los ajustes.
3.8 Velocidad de inspección
Si bien las velocidades de inspección mínima y máxima rara vez se convierten en un factor limitador para las soluciones de inspección por visión, sin duda, existen límites máximos según el número de inspecciones que el sistema realice especialmente en aplicaciones de tipo transportador. La diferencia entre los fabricantes variará, pero los límites se defi nirán a partir de las capacidades de manipulación de los productos y de la potencia del procesamiento de imágenes.
3.9 Iluminación
La iluminación es un aspecto fundamental para la inspección por visión si se desean obtener resultados fi ables y precisos. Normalmente, el proveedor de soluciones de inspección por visión es el encargado de desarrollar soluciones de iluminación efi caces a través de un proceso de experimentación o basado en una profunda comprensión de los arreglos de iluminación adecuados.
Juntas, la calidad y la efi cacia de la iluminación determinan la calidad visual de las características que se deben inspeccionar en la imagen.
Para ello, las características deben presentarse en orden con el fi n de mostrar el máximo contraste frente a los fondos. Este proceso también sacará a relucir los defectos.
Cuanto mejor sea la calidad de la iluminación, mejores serán el rendimiento y la fi abilidad de inspección del sistema.
Estas son algunas de las formas que existen para mejorar la calidad de la iluminación:
• Diferentes métodos de iluminación, como iluminación difusa, de campo oscuro, sobre el eje y de fondo.
• El espectro de luz que infl uye en el contraste: deben comprobarse los efectos de fl uorescencia, la luz infrarroja o la luz ultravioleta en la superfi cie del producto para ver si pueden indicar mejor los defectos de los productos. Para aplicaciones de color, el color de la iluminación debe resaltar el contraste entre los colores, lo que ayuda a encontrar el defecto (por ejemplo, la luz azul hace que los colores amarillos tengan un aspecto oscuro).
• Polarización: si se compara con la refl exión difusa, el efecto de la polarización aumenta el contraste entre las áreas de objetos que refl ejan directamente la luz. La polarización destaca las características del metal y el vidrio que, normalmente, se oscurecerían con la refl exión.
• Diferentes confi guraciones de iluminación: a veces, las inspecciones independientes pero simultáneas requerirán condiciones de iluminación distintas que deberán confi gurarse para no interferir entre ellas, lo cual podría requerir el uso de varias estaciones de inspección. Otra solución consiste en usar las luces y los fi ltros de colores para las cámaras.
Características fundamentales de diseño 3
Notas
4 Funcionamiento de la tecnología de visión
Funcionamiento de la tecnología de visión
Con el fi n de evaluar correctamente las aportaciones de la inspección por visión a la efi cacia, la productividad y la rentabilidad del funcionamiento de una línea de producción, es importante comprender cómo funcionan los sistemas de inspección por visión. Esto implica comprender la tecnología que conforma el sistema, así como la forma en la que se compensan las variables ambientales en el diseño de un sistema de inspección por visión completo.
4.1 Conceptos básicos acerca de la tecnología de inspección por visión
4.2 Tipos de inspección por visión
4.3 Sistemas de inspección por visión basados en PC 4.4 Cámaras inteligentes
4.5 Sensores
4.1 Conceptos básicos acerca de la tecnología de inspección por visión
La inspección por visión se defi ne, sencillamente, como la obtención de una imagen de un producto y la comunicación al usuario si la imagen refl eja un producto válido o no. El sistema toma una imagen y la convierte en datos que el software de inspección por visión analiza para garantizar que el objeto cumple los estándares de control de calidad confi gurados por el fabricante. Los productos que no cumplan dichos estándares se someten a seguimiento y se rechazan.
Imagen
La cámara capta una imagen electrónica del objeto que se va a inspeccionar.
A continuación, la envía a un procesador, que puede estar incluido en la cámara o tratarse de un equipo independiente dentro del sistema de inspección por visión. Las imágenes electrónicas se componen de pequeños cuadrados dispuestos sobre una cuadrícula.
Internamente, estos cuadrados se representan mediante números, pero cuando se muestran en una pantalla, cada número corresponde a la intensidad de la escala de grises de una sección específi ca de la pantalla. Estos cuadrados se conocen como “píxeles”. Para hacerse una idea del proceso anteriormente descrito, imagínese un trozo de papel cuadriculado sobre una foto. Cada cuadrado del papel se colorea con la parte correspondiente de la foto, representando un píxel.
Arriba: Ilustración de un píxel Imagen
Píxeles
El número de píxeles que representa la imagen se denomina “resolución”.
Cuanto mayor es la resolución de una imagen, mayor el número de píxeles que contiene y, por extensión, más nítida y precisa. En un sistema de inspección por visión, la resolución de la imagen determina las inspecciones que pueden llevarse a cabo. Por lo tanto, cuanto mayor es la resolución de la imagen, menor es el tamaño de los defectos que un sistema puede detectar y menores los códigos que puede leer. Una imagen corriente de la cámara tiene una resolución de 680 x 480. Una cámara de mayor resolución puede producir imágenes con una resolución de hasta 6756 x 4384, aproximadamente.
Cámara y lentes
Una cámara de inspección por visión tiene cuatro variables que deben ajustarse para optimizar la calidad de la imagen captada:
• La apertura del diafragma
• El contraste
• La ganancia
• La velocidad de obturación
Deep Depth of Field (Small Aperture)
Shallow Depth of Field (Large Aperture)
1. La apertura del diafragma controla la cantidad de luz que pasa a través de la lente. Funciona mediante el ajuste de la apertura, que es una abertura en una estructura opaca el diafragma que permite el paso de la luz a través de la lente hasta el mecanismo interno de la cámara. Cuanto mayor es el valor de apertura del diafragma, menor la abertura física de este, lo que permite el paso de menos luz a través de la cámara.
La cantidad de luz que se deja pasar a la cámara determina la cantidad de datos con los que la cámara tiene que trabajar a fi n de producir una imagen. Una abertura más amplia signifi ca que la cámara tendrá una mayor profundidad de campo, permitiendo así áreas de búsqueda más grandes para las funciones de inspección. Una abertura más pequeña limita la profundidad de campo, lo que proporciona un mayor enfoque en los detalles de la inspección. Por lo tanto, el ajuste de la apertura del diafragma debe confi gurarse por completo y de forma precisa con el objetivo de producir la mejor imagen posible.
2. El contraste se defi ne, simplemente, como la diferencia entre las áreas claras y oscuras de una imagen. Los ajustes de brillo de un sistema de inspección por visión afectan, principalmente, a la capacidad del sistema para defi nir los bordes.
Un valor de contraste extremadamente alto convierte las áreas claras de la imagen en color blanco y las áreas oscuras en color negro, lo que con frecuencia, provoca una pérdida de datos. Un valor de contraste bajo convierte la imagen en color gris, sin que exista contraste sufi ciente para defi nir detalles por ejemplo, los bordes con claridad.
Cuando el contraste se ha ajustado correctamente, hay un equilibrio entre las áreas claras y oscuras.
3. La ganancia es, esencialmente, un multiplicador del brillo. Este valor toma el nivel de brillo que la cámara detecta y, después, lo multiplica por un factor de X cuando envía los datos al procesador de imágenes.
Esto permite que se pueda aplicar más brillo a determinadas secciones de una imagen, creando resultados mejores que aquellos que se pueden obtener mediante la propia iluminación del sistema de inspección.
La función de ganancia permite resaltar fácilmente los detalles más precisos de los bordes de una imagen de inspección.
4. La velocidad de obturación hace referencia a la cantidad de tiempo que está abierto el obturador de una cámara cuando realiza una fotografía;
es decir, el intervalo de tiempo que se permite que la luz pase a través de la abertura hasta el sensor de la cámara. Una velocidad de obturación lenta puede producir imágenes borrosas, especialmente en las líneas de producción de alta velocidad. Una velocidad de obturación más rápida evita las imágenes borrosas, pero produce imágenes más oscuras. Una velocidad de obturación adecuada permitirá obtener una imagen nítida y uniforme.
Iluminación
Una iluminación adecuada es fundamental para crear el contraste necesario para una inspección efi caz. Cuando se diseña un sistema de inspección, se dedica una cantidad de tiempo considerable a determinar la geometría de iluminación, teniendo en cuenta el color y la forma del producto en cuestión. La clave para obtener inspecciones precisas es el contraste, lo que signifi ca que tanto el color como la intensidad de la luz deben ser perfectos.
En muchos casos, el sistema usará iluminación de fondo para resaltar las formas de manera más clara, sobre todo cuando se pretenden encontrar defectos de formación. La iluminación de fondo crea siluetas oscuras frente a un fondo claro, lo que maximiza el contraste entre el producto y su entorno. Los usos más comunes de la iluminación de fondo son la detección de la presencia o ausencia de materiales, la colocación u orientación de piezas, y la medición precisa de objetos.
Gran profundidad de campo (Abertura grande)
Profundidad de campo limitada (Apertura pequeña)
Funcionamiento de la tecnología de visión
• Iluminación de campo oscura: contiene un ángulo de incidencia de la luz pequeño y, por lo general, requiere estar cerca del objeto que se va a inspeccionar. Se refl ejan pequeñas cantidades de luz de vuelta a la cámara procedentes de los bordes del objeto que se va a inspeccionar.
• Día nublado o luz difusa: las luces de cúpula difusas son muy efi caces para la iluminación de superfi cies curvas y altamente refl ectantes.
Para ser efi caces, las luces difusas deben situarse muy cerca del objeto que se va a inspeccionar.
• Luz difusa en eje (DOAL): los rayos de luz se refl ejan en un divisor de haz directamente sobre el objeto, a casi 90. Con este enfoque, las superfi cies especulares (es decir, tipo espejo) perpendiculares a la cámara se muestran brillantes, mientras que las superfi cies con otro ángulo con respecto a la cámara se muestran oscuras.
Otras de las confi guraciones de iluminación usadas para crear un contraste máximo son:
• Iluminación de campo directa o intensa: la técnica de iluminación más habitual es una luz de campo directa o intensa. Normalmente, se usa para generar un contraste que realce los detalles topográfi cos.
Funcionamiento de la tecnología de visión 4
Herramientas de software de inspección por visión
Los sistemas de inspección por visión usan el software para procesar imágenes con algoritmos conocidos como “herramientas” para ayudar a analizar las imágenes. El número de herramientas necesario para analizar las imágenes varía según cada proceso analítico. Además, cada herramienta de inspección se programa con un área de inspección específi ca, una función y una tolerancia, mediante la interfaz usuario- máquina (HMI) del sistema de inspección por visión. Esta suele incluir una pantalla táctil que permite a los usuarios desplazarse por la lista de herramientas de inspección que se usan, añadiendo o quitando herramientas según sea necesario.
Cualquier software de inspección contendrá una gran cantidad de herramientas demasiadas para enumerarlas aquí. A continuación, se incluye una lista de las herramientas más usadas por un sistema de inspección por visión:
Herramientas de búsqueda
Esta herramienta busca y almacena una región de interés específi ca en una imagen, que luego usará otra herramienta en el proceso de inspección.
Cuando los operadores entrenan la herramienta de búsqueda, le indican qué parte de la imagen objetivo (el “modelo”) debe recordar y dónde buscar ese objetivo (el “área de búsqueda”) durante el tiempo de ejecución.
Cuanto mayor sea el área de búsqueda, más potencia de procesamiento necesitará la solución de inspección por visión para hacer el análisis.
Cuanto menor sea, menos potencia de procesamiento necesitará;
sin embargo, también habrá menos tolerancia a las variaciones en el posicionamiento del producto.
Herramientas de borde
Esta herramienta busca el límite o la transición entre las zonas oscuras y claras, y permite la medición entre ambas. Una herramienta de borde se debe confi gurar para que incluya el fondo en el producto inspeccionado y el propio producto inspeccionado en sí mismo con el fi n de encontrar el borde.
Si el área de inspección de la herramienta de borde se extiende demasiado lejos en el fondo, la herramienta podría encontrar otro borde distinto antes de llegar al deseado. Lo mismo sucederá si el área de la herramienta de borde se extiende mucho más allá del borde deseado.
Herramientas de mancha
Un “blob” (mancha) es una agrupación de píxeles que se encuentran unos junto a otros. Las herramientas de mancha se encargan de detectar estas agrupaciones, que suelen caracterizarse por tener una forma desigual, o bien por cambiar de forma de una inspección a otra.
La herramienta de mancha permite al usuario defi nir el rango de valores de la escala de grises que tenga interés en detectar. Este proceso también se conoce como “detección de umbral” de la imagen.
Antes de que se realice la inspección, se ajustará un nivel de umbral para la herramienta de mancha. De esta forma, la herramienta puede comprobar si existen contaminación de la superfi cie o defectos como, por ejemplo, puntos de abrasión en el plástico. El usuario determina el tamaño de cualquier marca o defecto inaceptable, y la herramienta de mancha lleva a cabo un recuento de los píxeles en cada agrupación dentro del rango con umbral establecido. Esto permite que la herramienta de mancha determine si la marca es lo sufi cientemente grande como para rechazarse o no.
Funcionamiento de la tecnología de visión
Herramienta OCV (verifi cación óptica de caracteres)
La herramienta de OCV inspecciona los caracteres impresos y verifi ca que son correctos. El proceso se completa con la búsqueda de coincidencias entre la imagen de caracteres y los caracteres incluidos en una fuente almacenada.
Este proceso a diferencia del llevado a cabo por la herramienta de OCR comprueba los caracteres detectados con todos los caracteres incluidos en un conjunto de fuentes a fi n de determinar qué carácter se ajusta mejor.
OCV solo realiza las comprobaciones para determinar la calidad y la legibilidad de un carácter predeterminado. El sistema de inspección por visión puede contener un número ilimitado de fuentes almacenadas en su biblioteca de fuentes. Los operadores pueden elegir qué fuente usar durante una inspección. Si no existiese el tipo de fuente deseado en la biblioteca, debe entrenarse el sistema para que reconozca la nueva fuente.
Herramienta de código
La herramienta de código sirve para comparar los códigos de barras impresos en los productos con los códigos con los que se entrenó el sistema. La función principal de esta herramienta consiste en actuar como decodifi cador, lo que le permite leer varios formatos de código de barras en una y dos dimensiones, así como llevar a cabo comprobaciones de legibilidad y corrección.
Arriba a la izquierda: Código de barras de 1D Arriba a la derecha: Código de barras de 2D Herramientas de proceso
Esta herramienta modifi ca una región específi ca de una imagen con el fi n de poder realizar una inspección. Al dejar que solo una pequeña parte de una imagen se someta al procesamiento, la herramienta es capaz de trabajar rápidamente (la ejecución de una herramienta de proceso en una imagen completa podría prolongarse demasiado).
Al “entrenar” el software sobre el producto, el usuario del sistema designa qué área debe procesarse. Como se muestra a continuación, es posible entrenar la herramienta de proceso para que use muchos subprocesos, con el fi n de manipular una imagen antes de que otra herramienta la examine. Estos son algunos de los subprocesos que ejecuta la herramienta de proceso:
• Ajuste de la nitidez: aclarar una imagen (para realzar los detalles).
• Detección de bordes: resaltar las transiciones entre los valores de escala de grises en píxeles de una imagen. Este subproceso se puede usar para encontrar defectos menos evidentes.
• Suavizado: mejorar la apariencia útil de una imagen eliminando los detalles que no son importantes.
Herramientas de impresión
Estas herramientas se usan para leer, inspeccionar y cualifi car códigos alfanuméricos impresos, principalmente los de las herramientas de reconocimiento óptico de caracteres (OCR) y las de código de barras.
Herramienta OCR (reconocimiento óptico de caracteres)
La herramienta de OCR reconoce texto impreso, teniendo en cuenta las formas de los caracteres que observa en una imagen. A continuación, compara las formas de estos caracteres con un conjunto de caracteres independientes incluidos en una fuente almacenada.
El sistema toma la cadena de caracteres que encuentra en la imagen y la compara con una cadena similar defi nida por el usuario para garantizar que la cadena adecuada está presente en el producto.
Izquierda: Imagen antes de la aplicación de la herramienta de proceso.
Derecha: Aplicación de la herramienta de proceso para crear contraste, lo que permite que las virutas un defecto habitual dentro de una botella sean más fáciles de detectar.
Funcionamiento de la tecnología de visión 4
Herramienta de contorno
La herramienta de contorno sigue un borde en toda su longitud y encuentra puntos en dicho borde para garantizar la formación del envase. Como su propio nombre indica, la principal función de la herramienta consiste en trazar bordes con contorno. La herramienta de contorno mide tanto los puntos formados en el borde como los que se encuentran en una imagen de inspección. A continuación, calcula las diferencias entre ellos, lo que permite al sistema detectar irregularidades en la formación del envase.
Herramienta de desarrollo de arco
Para las herramientas que no suelen funcionar en arcos o círculos, la herramienta de desarrollo de arco les permite llevar a cabo tales inspecciones. La herramienta de desarrollo de arco toma un arco y lo aplana, creando una vista lisa de este para que otras herramientas puedan inspeccionarlo correctamente. La herramienta de desarrollo de arco solo resulta de utilidad con otras herramientas de medición, ya que su única función consiste en permitir que otras herramientas puedan usarse.
Herramienta de PQV
La herramienta de verifi cación de calidad de la impresión (PQV) verifi ca que los caracteres impresos en el paquete coinciden con aquellos con los que se ha entrenado el sistema. A diferencia del reconocimiento óptico de caracteres, la verifi cación de calidad de la impresión no requiere entrenar previamente al sistema con un conjunto de fuentes. Esto se debe a que la imagen entrenada se compara directamente con la imagen de inspección.
Herramienta de entrada de datos de doble ciego
Esta herramienta se ha diseñado para productos que requieren un control estricto sobre los códigos de barras o de lote. Para garantizar que el sistema busca el código adecuado, dos usuarios deben iniciar sesión, introducir el código que el sistema tiene que buscar y cerrar sesión. Al forzar dos inicios de sesión distintos, se garantiza la introducción del código adecuado.
Funcionamiento de la tecnología de visión
4.2 Tipos de inspección por visión
Se pueden usar tres tipos de tecnologías de inspección por visión en el diseño de una solución. Son los siguientes:
1. Sistemas basados en PC 2. Cámaras inteligentes 3. Sensores
A la hora de decidir qué tecnología usar para un sistema de inspección por visión particular, estas son las variables que deben tenerse en cuenta:
• La velocidad de la línea y el número de productos objeto de inspección.
• Otros componentes requeridos en la solución, como las impresoras, los sensores o los mecanismos de rechazo.
• La complejidad de las inspecciones, y si se requieren una iluminación o lentes personalizadas y cámaras de mayor resolución. Asimismo, es preciso determinar el número de herramientas que el software de inspección por visión deberá ejecutar para llevar a cabo la inspección, ya que esto puede afectar a la velocidad con la que esta se lleva a cabo. Además, se debe tener en cuenta el número de tamaños, formas y colores de productos distintos que el sistema inspeccionará durante el funcionamiento normal.
• Quién usará la máquina diariamente.
• Qué esfuerzo se requiere para las tareas frecuentes como, por ejemplo, los cambios de productos.
• Si el sistema de inspección por visión tiene la capacidad de producir datos para las evaluaciones de rendimiento de la línea de producción.
• Cómo realizará el sistema el seguimiento de los productos de la línea, si es que lo hace.
• Qué se necesita para integrar el sistema de inspección por visión en la línea de producción, con el fi n de comunicarse con otro hardware y el sistema de gestión de la fábrica.
• Inicio de sesión en el sistema de seguridad, incluidos los archivos de registro de las actividades de inspección del sistema y los cambios que los usuarios realizan en este.
4.3 Sistemas de inspección por visión basados en PC
Unidad de control y confi guración de la inspección por visión En un sistema de inspección por visión basado en PC, el PC sirve como unidad central de control y confi guración de la inspección por visión para todo el hardware del sistema, gestionando la comunicación entre componentes independientes (es decir, los sensores de seguimiento de productos y dispositivos de rechazo) y facilitando las comunicaciones con otros sistemas de la línea de producción.
De esta forma, se centraliza el funcionamiento del sistema a través de una pantalla central, lo que permite que se realicen cambios en la confi guración del sistema (cambios en los productos, nuevas aplicaciones de inspección, etc.) a través de una pantalla en lugar de en cada cámara como ocurre con muchos sistemas de cámara inteligente. La potencia original de procesamiento de datos y las capacidades de almacenamiento ampliadas de un PC también permiten una mejor recopilación de los datos y, según la complejidad de las inspecciones requeridas, tiempos de inspección signifi cativamente más rápidos.
Interfaz usuario-máquina (HMI)
La tecnología basada en PC también suele tener una interfaz usuario- máquina (HMI) con pantalla táctil integrada que permite una cómoda interacción entre el operador y el sistema de inspección por visión.
Una HMI intuitiva lleva a cabo varios procesos (ajuste de las herramientas de análisis por visión, cambio de piezas, supervisión del rendimiento del sistema) más rápido que un sistema de cámaras inteligentes, lo que requeriría cambiar los ajustes de cada cámara individualmente. Este proceso puede requerir, además, la conexión de un PC u ordenador portátil con el fi n de cambiar el programa.
El uso de una HMI con pantalla táctil también reduce el riesgo de daños en los componentes internos. Por tanto, en lugar de tener que preocuparse de si entra polvo en el teclado o el ratón, resulta relativamente sencillo mantener limpia y operativa la pantalla táctil.
Cámaras
La selección de una cámara está directamente ligada a las necesidades de la aplicación e implica tres criterios principales:
• Adquisición monocromo (blanco y negro) o a color
• Velocidad de fotogramas
• Resolución de la imagen
Las cámaras monocromas se usan en la mayoría de las aplicaciones de inspección, ya que las imágenes monocromas aportan el 90 % de los datos visuales disponibles. Además, son menos complicadas y más rentables que sus homólogas a color.
Las cámaras a color se usan cuando las aplicaciones de inspección requieren datos específi cos de color. Además, la resolución de la cámara debe ser lo sufi cientemente alta para garantizar que puede captar la cantidad de información necesaria en la inspección.
Es importante que las cámaras sean de alta calidad y sufi cientemente resistentes para soportar la vibración, la suciedad y el calor presentes en un entorno industrial.
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En los últimos años se ha observado la existencia de cámaras con una capacidad más rápida para transferir datos a la unidad de control y confi guración de la inspección por visión. Estas cámaras usan una conexión Ethernet para transmitir datos a velocidades de un gigabit por segundo. Conocidas como cámaras GigE, se han convertido en la cámara elegida para los sistemas de inspección por visión por diversos motivos:
• El uso de una conexión Ethernet permite a la cámara transmitir datos de imagen de forma continua y sin comprimir a un ordenador central para su procesamiento en tiempo real y a través de largas distancias. Esta capacidad no se ve afectada por el número de cámaras conectadas en red con el sistema, lo que supone una clara ventaja respecto a los dispositivos USB que carecen de dichas capacidades de gran alcance.
• La evolución de las cámaras GigE acaba con la necesidad de usar capturadores de imágenes caros y complicados, que sirven para comprimir y visualizar la imagen captada por la cámara en el procesador de imágenes.
Óptica e iluminación
La óptica y la iluminación son, quizás, los componentes más olvidados a la hora de diseñar un sistema de inspección por visión. Estos
componentes, sin embargo, son fundamentales para ofrecer una solución efi caz. Además, incluso el mejor software de inspección por visión vería superado su rendimiento por un sistema menos capaz si la óptica y la iluminación no fueran de una calidad sufi cientes.
Una óptica válida se enfocará a la producción de la mayor imagen aprovechable, con el fi n de proporcionar la mejor resolución de imagen posible para el software del sistema. Del mismo modo, una adecuada confi guración de la iluminación realzará las principales características sometidas a inspección, otorgando al sistema una imagen precisa del elemento que se está examinando.
Otro de los objetivos principales es crear el mayor contraste posible entre las condiciones aceptables y las condiciones defectuosas del producto.
Con frecuencia, el tipo de luz empleado vendrá dictado por factores como el color, la textura, el tamaño, la forma y la refl exión.
4.4 Cámaras inteligentes
Las cámaras inteligentes cuentan con capacidades de procesamiento de imágenes integradas en la propia cámara. Gracias a esto son pequeñas, compactas y constituyen una solución sencilla para aplicaciones de inspección por visión básicas.
Las cámaras inteligentes no disponen de la misma potencia de procesamiento que la tecnología basada en PC y, además, suelen experimentar problemas de rendimiento en estos casos:
• Al tratar de usarla a velocidades medias y altas.
• Al llevar a cabo más de una inspección o al realizar inspecciones complejas o que requieren un uso intensivo del procesador.
• Al intentar usar varias herramientas de análisis al mismo tiempo.
Normalmente, las cámaras inteligentes vienen con un conjunto de herramientas de análisis predeterminadas que se seleccionan en función de los requisitos de inspección de la aplicación dada. Sin una interfaz usuario-máquina, la adición de nuevas herramientas es imposible o requiere la conexión de un sistema externo a las cámaras para realizar
Una cámara inteligente puede ser una solución efi caz para aplicaciones de inspección por visión de una única estación, si bien hay limitaciones signifi cativas a sus capacidades, como:
• Difi cultad al tratar de enlazar varias piezas de hardware (otras cámaras, mecanismos de rechazo, sistemas de manipulación de productos, etc.) a una línea de producción.
• Incapacidad para proporcionar información estadística en tiempo real sobre los fallos recurrentes de los sistemas de gestión de la fábrica sin la conexión de una interfaz usuario-máquina.
• Cuando se requiere una inspección, capacidad limitada para correlacionar datos entre varias cámaras (como las mediciones dimensionales entre cámaras) sin la implementación de un software especializado.
• La sustitución de piezas puede resultar difícil si no se ha incluido una interfaz de usuario-máquina integrada, lo que obliga a conectar un PC, ordenador portátil o tableta adicionales para realizar los cambios.
Muchas cámaras inteligentes vienen con iluminación integrada, por lo que si la luz proporcionada no es sufi ciente para la inspección en cuestión, es preciso encontrar una solución a este problema. Esto requiere tiempo y esfuerzo que podría emplearse mejor en otras tareas.
4.5 Sensores
Los sensores son una clase relativamente sencilla de tecnología de inspección por visión, por lo que su integración en la línea de producción requiere un esfuerzo mínimo. Además, funcionan correctamente en la lectura, la inspección de la presencia y ausencia de códigos de barras, y en aplicaciones de verifi cación de color. Los sensores requieren un empaquetado de alto contraste, puesto que las variaciones de color sutiles van más allá de las capacidades de un sensor estándar.
Por lo general, los sensores se usan para aplicaciones de códigos de barras, aunque no son capaces de realizar una verifi cación cruzada de los datos de los códigos de barras con los códigos impresos en otras partes del paquete. Resultan efi caces para las aplicaciones de inspección más simples, pero les falta fl exibilidad.
5 Importancia de la manipulación y el seguimiento de los productos
5.1 Transportadores
5.2 Otras soluciones de separación 5.3 Sistemas de rechazo automático
5.4 Aplicaciones de velocidad variable y con paradas/arranques 5.5 Problemas típicos de rechazo y diseño a prueba de fallos 5.6 Cumplimiento de los requisitos de los comerciantes y de la
industria alimentaria 5.7 Recipientes de rechazo
Importancia de la manipulación y el seguimiento de los productos
Al plantearse la posible adquisición de una solución de inspección por visión, es importante pensar si se precisa o no la manipulación de productos, a fi n de garantizar que estos se muestren correctamente a las cámaras.
La correcta manipulación de los productos es fundamental para garantizar que las inspecciones sean válidas, fi ables y repetibles.
Para conseguir inspecciones válidas:
• El producto debe mostrarse a una distancia constante de las cámaras y las luces. De lo contrario, se obtendrán imágenes desenfocadas o poco iluminadas, que podrían producir falsos positivos o rechazos.
• El producto debe presentarse de forma que quede expuesto al mínimo movimiento posible. Cuanta más vibración e inestabilidad tenga el producto, menor será la calidad de la inspección.
• El producto debe estar debidamente separado. Si los productos están demasiado juntos, las cámaras no serán capaces de inspeccionar la zona de interés correcta del producto.
• Si fuera posible, el producto debe estar correctamente orientado.
Sin embargo, esto no siempre es posible. Además, en el caso de los productos redondos y sin orientar, es precisa una solución diferente.
Los sistemas de inspección por visión basados en PC pueden inspeccionar fácilmente los productos redondos y sin orientar, usando varias cámaras conectadas en red. Además, últimamente, los sistemas de cámaras inteligentes se han desarrollado con capacidades similares, aunque reducidas. La inspección de productos redondos y sin orientar se abordará con mayor detalle más adelante en esta guía.
5.1 Transportadores
Algunas aplicaciones requieren un transportador integrado en el sistema de inspección por visión, con el fi n de garantizar la adecuada orientación del producto conforme se aproxima a la cámara. En estos casos, también se controla la separación de los productos en el transportador para garantizar que los productos defectuosos se someten a seguimiento y se rechazan de forma oportuna.
Cintas transportadoras planas
Normalmente, las cintas transportadoras planas se integran en un sistema de inspección por visión cuando es preciso estabilizar las piezas para su inspección. Estas acaban con las vibraciones y la inestabilidad de los transportadores de cadena que pueden difi cultar la obtención de mediciones precisas de las características de los productos. Una cinta transportadora plana garantiza la estabilidad de los productos mientras pasan a través del sistema.
Transportadores de agarre lateral
Los transportadores de agarre lateral suelen usarse con mayor frecuencia para suspender los productos sobre una cámara a fi n de realizar la inspección de la parte inferior de los envases (por ejemplo, buscar residuos en la parte inferior de un tarro, o leer códigos u otra información en la parte inferior de las botellas). Al combinarse con un transportador de salida que funciona más rápido que el transportador de entrada, los transportadores de agarre lateral también son válidos para cambiar la separación de los productos, con el fi n de garantizar que haya espacio de separación sufi ciente entre las botellas para la inspección, así como una óptima precisión de los sistemas de rechazo.
Separación de los productos
Para poder inspeccionar los productos con precisión, es esencial que solo haya un artículo a la vez en línea con la cámara. Por ejemplo, al realizar inspecciones en una botella, la presencia de otra botella en el campo de visión de la cámara podría confundir al software de inspección y provocar un error. Con el fi n de crear o mantener una adecuada separación (o “espaciado”), las cintas transportadoras se ejecutan a mayor velocidad que el resto de la línea de producción, creando la separación necesaria
De igual forma, es posible ralentizar los artículos con una separación irregular gracias a un transportador con temporización que ayuda a crear una separación uniforme entre ellos. Normalmente, el transportador con temporización reducirá la marcha de los paquetes para establecer una separación uniforme entre ellos (el espaciado equivale a la longitud del artículo). Con este proceso, el transportador con temporización prepara los artículos para el transportador de separación.
Correct Pitch Travel
Arriba: tornillo de sincronización empleado para separar el producto de manera uniforme a través de la solución de inspección por visión
Top View Product
Arriba: ejemplo de separación entre botellas
5.2 Otras soluciones de separación
Es posible que no se puedan usar transportadores para garantizar la correcta separación de los productos difíciles de manejar. Esto se debe, principalmente, a difi cultades de estabilidad provocadas por una aceleración o desaceleración repentina de los productos. Si bien hay disponibles numerosas soluciones de separación, dos de las alternativas más comunes incluyen un tornillo de sincronización o una rueda estrellada.
Desplazamiento
Espaciado correcto Producto
Vista superior
Production Line
Bottom Inspection Infeed Conveyor
Travel
Arriba: transportador de mordaza lateral
Transportador de entrada
Desplazamiento
Línea de producción
Inspección de la zona inferior