AEI 521 - La visión artificial en la industria de la automoción

La visión artificial ha tenido un despegue espectacular en los últimos años. En este artículo tratamos de analizar la situación de esta tecnología en la industria de la automoción y su evolución, los nuevos retos que se abren utilizando la inteligencia artificial y cómo acercar al usuario nuevos sistemas cada vez más complejos.

En la última década se han incrementado exponencialmente el número de sistemas de control de calidad que utilizan visión artificial en el proceso de fabricación de un vehículo. La calidad percibida y el control geométrico centran la mayoría de los esfuerzos.

Calidad Percibida

Uno de los aspectos más complicados para un sistema de control automático es alinear los límites de calidad con el de las personas que controlan estos procesos. La detección de deformaciones en la superficie de una pieza o defectos de aspecto (comandos de apertura de vehículo, piezas de acabado con superficies pintadas, cromadas...) suelen tener una larga puesta a punto hasta llegar a la definición del valor umbral del proceso en dos niveles: nivel técnico (capacidad de las cámaras y la algoritmia para detectarlas) y nivel definición (umbrales que ayuden a la selección de los niveles de calidad suficientes). En CTAG estamos colaborando con los expertos de las empresas para la puesta en marcha de este tipo de sistemas ayudando en la definición de esos valores umbral.

Tanto en procesos de embutición como de conformación de la caja de un vehículo, resulta interesante verificar unitariamente que los productos están conformes y que carecen de deformación o alteraciones de aspecto como rayaduras. Con este objetivo, se inspecciona la pieza teniendo en cuenta el tiempo ciclo para alertar con antelación suficiente y corregir las imprecisiones que puedan ocurrir durante la producción.

Esto posibilita además el desarrollo de sistemas de retoque automático (siempre que la tecnología esté disponible), que reciben la información sobre la posición de los puntos sobre los que se tenga que actuar y mediante trayectorias adaptadas permiten la reparación unitaria y de manera completamente autónoma.

Control geométrico

El control geométrico resulta también necesario ya que garantiza tanto las dimensiones de los componentes como la dimensión del conjunto de piezas ensambladas con precisiones cada vez mayores. En este sentido, han aparecido en el mercado diferentes soluciones basadas tanto en láser como en otras tecnologías que dan respuesta de una manera sencilla a las necesidades de los fabricantes de vehículos.

Sistemas como Perceptron o Edixia llevan años incorporados a la industria de la automoción, midiendo el estado de la carrocería y alertando sobre posibles problemas y desviaciones. Esto ayuda a los técnicos a controlar el proceso y realizar los ajustes necesarios para mantener la producción en los parámetros requeridos.

Visión artificial embarcada en robots

Otro de los campos de aplicación pasa por embarcar sistemas de visión en los robots. Gracias a información que proporcionan ayudan a realizar operaciones más precisas y adaptadas a las necesidades de la pieza, del proceso o de la línea.

Los fabricantes de robots se esfuerzan cada vez más en facilitar las comunicaciones entre los sistemas para mejorar la respuesta en dinámico del robot, con trayectorias más rápidas y precisas.

En CTAG estamos convencidos de que los sistemas de Bin Picking para la manipulación de piezas que vienen a granel se impondrán en los próximos años en toda la industria de automoción.

También hemos desarrollado sistemas de mecanizado y pulido que utilizan visión artificial, adaptándose a la morfología de la pieza, eliminando el material sobrante y proporcionando un acabado final similar al de un experto.

Nuevas tecnologías

En nuestro centro técnico estamos analizando tecnologías innovadoras, como los sistemas que trabajan en el espectro de THz para la medición en automático de varias capas de pintura en un vehículo con una sola medida. Los equipos que trabajan en el rango de los THz todavía son incipientes, pero permitirán tener un control sobre los procesos de pintado y se conseguirá ajustar las cantidades a aplicar sobre la superficie de la carrocería.

Este tipo de sistemas en la actualidad tienen una posición muy precisa y repetitiva desde donde se hace la medición y provoca que de momento sean sistemas lentos. Sin embargo, suponen un avance porque son más precisos en la medida y permiten obtener una información que hasta hoy no se tenía.

Integración de un sistema de visión en el proceso productivo

Un aspecto clave en la integración de un sistema de visión en el proceso productivo es que el impacto sea mínimo tanto a nivel técnico como económico. Muchas veces, las tecnologías muy avanzadas en visión resultan difíciles de incorporar dentro del proceso productivo, y surgen debates sobre cómo se ha de realizar una inspección cuando el componente a examinar está en movimiento. En muchas integraciones, tras valorar a posteriori el resultado, se comprueba que esta decisión limita la capacidad de inspección de los sistemas, perdiendo en muchos casos precisión en las medidas.

Otro aspecto importante en la integración de este tipo de producto es conseguir sistemas que sean fácilmente configurables por personas no expertas, permitiendo el mantenimiento de los sistemas de visión por parte de los operarios.

Igualmente, se está prestando mucha atención al desarrollo de IHM (Interfaz Hombre-Máquina), que sean sencillos e intuitivos, por lo que están incorporándose a los equipos de desarrollo perfiles que analizan estos aspectos. Es un punto clave, ya que haciendo más accesibles estas soluciones, serán las seleccionadas definitivamente por el usuario final. El diseño de estas interfaces intuitivas supone una alta carga para los equipos de desarrollo de software. Así, estas herramientas de análisis de datos, como puede ser el popular PowerBI, tienen un gran coste de desarrollo. Este desarrollo también implica a los equipos que trabajan en la monitorización de datos, con el objetivo de transformarlos en información para determinar tendencias, comportamientos y puntos de mejora de los procesos productivos a controlar. Además, podrá ser utilizada por los responsables en la toma de decisiones.

Cambio de paradigma: el sistema de visión como producto

La industria 4.0 ha llegado para revolucionar el mundo de la producción facilitando herramientas flexibles y de uso sencillo. La visión no es ajena a este cambio y cada vez más las empresas se centran no en la integración de sistemas de visión en los procesos de fabricación, sino en el desarrollo de productos plug&play o conectables mediante 5G.

Entre los productos que estamos desarrollamos podemos destacar el control de conformidad que permite el control 3D de una pieza. Cualquier usuario puede escanear una pieza patrón y realizar un seguimiento de la conformidad de la producción mediante un proceso sencillo. Este tipo de sistemas acercan, más si cabe, la visión artificial a la industria. De esta manera, estamos seguros de que los sistemas de visión artificial se convertirán en productos commodities en la industria, en la que profesionales no expertos serán capaces de montarlos e integrarlos fácilmente en las líneas de producción.

Sistemas de control por visión e inteligencia artificial

La inteligencia artificial es una disciplina que está irrumpiendo en todos los aspectos de nuestras vidas y que permitirá también una nueva expansión de los sistemas de visión artificial en dos ámbitos:

• Sistemas de control de calidad que utilicen bibliotecas de imágenes para la mejora de sus diagnósticos. Esto ya lo vemos claramente en la industria médica, donde existen bibliotecas de imágenes que permiten a los sistemas de visión aprender y dar un diagnóstico preciso y rápido en el mínimo tiempo. Lamentablemente, en la automoción no existen estos históricos de imágenes, pero es tendencia el empezar a acumular imágenes de piezas para mejorar el resultado, como puede ser en bibliotecas para estudios de OCR.

• Sistemas predictivos que permiten adelantarse a posibles problemas en el proceso de producción en base a la utilización de sistemas de inteligencia artificial. Combinan los parámetros de entrada del proceso y como parámetro de salida la medición de un sistema de visión para el control al final de la línea, ayudando a tener una visibilidad sobre la causa raíz de los problemas.
Las empresas necesitarán incorporar big data a sus fábricas como soporte para ser más productivos, y en este sentido la visión y su integración en la planta tendrán una posición clave.

Edge computing vs. cloud computing

La tendencia sobre la que se empieza a hablar en estos momentos maneja tanto el edge computing como el cloud computing. Hasta ahora se pensaba en cámaras inteligentes que procesaran los datos al lado de la línea para dar respuesta de manera inmediata. Sin embargo, la irrupción de tecnologías como el 5G, en la que los datos pueden ser manejados en masa, permite pensar en trasladar “la inteligencia” a sistemas centralizados, permitiendo conceptos y arquitecturas mejor configurables y más flexibles.

Víctor Alonso Ramos
Responsable Departamento Procesos y Fábrica del Futuro en CTAG