Reducción de costes en proyectos de visión artificial mediante selecciones de iluminación más inteligentes

Los sistemas de visión artificial son inversiones de capital. El coste total del proyecto incluye cámaras, objetivos, iluminación, hardware de procesamiento, software, mano de obra de integración, puesta en marcha y mantenimiento continuo. De estos elementos, a menudo se infravalora la iluminación, tanto por su contribución al rendimiento del sistema como por su impacto en el coste total del proyecto. La elección de una iluminación deficiente añade costes de varias maneras: impulsa al equipo a elegir cámaras u objetivos de especificaciones más altas para compensar la baja calidad de imagen, alarga el tiempo de integración debido a repetidas iteraciones de ajuste y genera asistencias de servicio en campo cuando el sistema no puede funcionar con fiabilidad en producción.

Optar por una iluminación más inteligente reduce el coste del proyecto en cada etapa: especificación, integración, puesta en marcha y funcionamiento. Las decisiones más importantes son la geometría de iluminación, la longitud de onda, el margen de intensidad, la gestión térmica y la modularidad de la plataforma. Cada una de ellas tiene consecuencias directas y medibles en el presupuesto global del proyecto y en el coste continuo de mantener el sistema de visión en funcionamiento durante toda su vida útil.

El coste real de una iluminación subdimensionada

El error de iluminación más común en los proyectos de visión artificial es la subdimensionación. El equipo selecciona el iluminador más económico que parece funcionar durante las pruebas de laboratorio y pasa a la fase de integración. En el entorno real, el sistema falla de manera intermitente. Los fallos se atribuyen al algoritmo de visión, a la configuración de la cámara o a la variación de las piezas inspeccionadas. Transcurren horas de diagnóstico antes de que la causa raíz se atribuya a una iluminación insuficiente o inconstante.

Una iluminación subdimensionada suele manifestarse como un margen de intensidad insuficiente. Si el iluminador suministra la luz justa a la cámara para una exposición correcta en condiciones ideales, cualquier cambio en la distancia de trabajo, en el acabado superficial de la pieza, en el nivel de luz ambiental o en la emisión LED por deriva térmica situará al sistema por debajo de su umbral operativo. El resultado es un rendimiento inconstante y una elevada tasa de falsos rechazos o de defectos no detectados, difíciles de diagnosticar y costosos de solucionar una vez instalado el sistema.

Especificación del margen de intensidad en la fase de diseño

Un sistema de iluminación bien diseñado mantiene un margen de intensidad mínimo del 30% al 50% por encima del umbral mínimo de funcionamiento en las peores condiciones posibles. Este margen absorbe los efectos combinados del envejecimiento de los LED, la reducción de emisión térmica, las variaciones en la reflectancia de la superficie de las piezas y la tolerancia de la distancia de trabajo. Incorporar este margen en la fase de diseño no supone ningún coste: solo implica elegir el tamaño siguiente en la gama de iluminadores o reducir ligeramente la distancia de trabajo. Descubrir que el margen es demasiado pequeño tras la instalación cuesta mucho más en diagnósticos, modificaciones y tiempos de inactividad.

Geometría de iluminación: acertar a la primera

La geometría de la iluminación determina lo que la cámara puede ver. Elegir la geometría incorrecta impedirá que la cámara vea los defectos o las características que la inspección debe detectar. Ningún procesamiento de imagen puede recuperar información que no haya sido capturada. Un error en la geometría durante la fase de prototipo exige rediseñar y sustituir el iluminador antes de la integración, lo que añade costes y retrasos.

Prototipado con flexibilidad geométrica

Las familias de iluminadores de RODER Vision incluyen múltiples opciones geométricas: matricial directa, anular, cúpula plana, campo oscuro, retroiluminación y barras de iluminación. Prototipar con muestras representativas de cada categoría geométrica antes de comprometerse con un pedido de producción resulta muy rentable. El tiempo dedicado en la fase de prototipo a probar diferentes geometrías es mínimo en comparación con el coste de reelaborar un sistema integrado si surge un error de geometría durante la producción.

Muchos proyectos se benefician de la combinación de dos modos de iluminación: uno para la tarea de inspección principal y otro para una tarea secundaria, como la detección de pliegues o el realce del contraste superficial. Diseñar un sistema de doble iluminación desde el principio, con iluminadores independientes activados por estroboscopio para cada modo, es mucho más económico que reequipar un segundo canal de iluminación una vez construido el sistema.

Selección de la longitud de onda y compatibilidad con la cámara

La selección de la longitud de onda condiciona tanto la calidad de la imagen como el coste del sistema. Utilizar la longitud de onda adecuada para la tarea de inspección específica puede permitir que una cámara de menor coste alcance el mismo rendimiento de detección que una cámara más cara bajo una iluminación subóptima. El sensor de silicio de una cámara monocroma estándar alcanza su máxima sensibilidad en la banda del rojo y del infrarrojo cercano, entre 600 nm y 900 nm. Un iluminador rojo o infrarrojo cercano aprovecha al máximo esta sensibilidad de pico y maximiza la relación señal-ruido en la imagen.

Evitar cámaras sobredimensionadas mediante una mejor iluminación

Un factor de coste habitual en los proyectos de visión artificial es sobredimensionar la cámara para compensar una iluminación deficiente. Si la luz es demasiado débil o genera un exceso de ruido en la imagen, el equipo puede optar por actualizar a una cámara con un sensor más grande, menor ruido de lectura o un número de píxeles superior para recuperar la calidad de imagen. Un iluminador de especificaciones más elevadas adaptado a la sensibilidad del sensor es casi siempre la opción más económica. El incremento de coste del iluminador representa una fracción del coste de actualización de la cámara y, por lo general, la ganancia de calidad de imagen resultante es mayor.

Iluminación estroboscópica: eficiencia y reducción de costes

La iluminación estroboscópica reduce el consumo de energía eléctrica del sistema de iluminación al tiempo que proporciona una intensidad de pico superior a la de un iluminador en modo continuo del mismo tamaño físico. Para la inspección en líneas de producción en movimiento, el modo estroboscópico es casi siempre la decisión correcta. La combinación de un menor consumo energético medio, una mayor vida útil de los LED gracias a la reducción del estrés térmico y una intensidad de pico más elevada para tareas de congelación de movimiento convierte a la iluminación estroboscópica en el modo de funcionamiento más rentable en la mayoría de las aplicaciones de visión industrial.

Vida útil de los LED y costes de sustitución

La vida útil de los LED en iluminadores de visión artificial depende en gran medida de la temperatura de funcionamiento. Un LED que funcione a una temperatura de unión 10 °C por encima de su máximo nominal dura aproximadamente la mitad que uno que trabaje dentro de su margen térmico especificado. Los sistemas de visión artificial industrial suelen funcionar 24 horas al día, 365 días al año. Con estos ciclos de trabajo, una diferencia del doble en la vida útil de los LED se traduce directamente en el doble de costes de sustitución y mantenimiento a lo largo de la vida del sistema.

La tecnología HTTM de RODER Vision controla de forma activa la temperatura de unión del LED, manteniéndola dentro del rango óptimo con independencia de la temperatura ambiente o de la variación de la corriente de excitación. Esto prolonga la vida útil de los LED y reduce la frecuencia de sustitución del iluminador. Para un sistema de producción que funcione de forma continua durante cinco a diez años, el ahorro de mantenimiento derivado de la mayor vida útil de los LED es considerable y debe incluirse en el cálculo del coste total de propiedad al comparar opciones de iluminación.

Plataformas de iluminación modulares y coste a largo plazo

Los sistemas de visión artificial se modifican y actualizan con frecuencia a lo largo de su vida útil. Las exigencias de inspección cambian a medida que evoluciona la gama de productos. Se añaden nuevos tipos de defectos a la lista de inspección. Las velocidades de producción aumentan. Una plataforma de iluminación modular que admita cambios de formato, modificaciones de la longitud de onda y aumentos de intensidad sin necesidad de reemplazar todo el conjunto de iluminación reduce notablemente el coste del ciclo de vida del sistema de visión.

Iluminadores de barra modulares de RODER Vision

Los iluminadores de barra modulares de RODER Vision se ensamblan a partir de segmentos estándar con longitudes definidas. Si es necesario ampliar un iluminador de barra para cubrir un campo de visión más amplio, simplemente se añaden más segmentos. La longitud de onda se puede modificar cambiando los módulos LED dentro de la carcasa mecánica existente. Esta modularidad elimina la necesidad de rediseñar y reemplazar todo el conjunto de iluminación cuando cambian las necesidades de inspección, reduciendo considerablemente el coste de las actualizaciones del sistema.

Reducción de costes de integración y puesta en marcha

El tiempo de integración y puesta en marcha representa una parte considerable del coste de un proyecto de visión artificial. Los iluminadores difíciles de montar, alinear y ajustar añaden horas de integración. Los iluminadores que requieren soportes a medida o interfaces de montaje no estándar incrementan los costes de diseño y fabricación mecánica. Los iluminadores con interfaces de control complejas o propietarias aumentan el esfuerzo de integración de software.

Los iluminadores de RODER Vision utilizan interfaces de montaje estándar M4 y M6 y disponen de roscas para accesorios con montura C y montura S para el montaje de filtros y objetivos. La interfaz de disparo del estroboscopio funciona con niveles lógicos de 5 V y 24 V y puede ser pilotada directamente desde las salidas de disparador de la cámara de visión artificial sin necesidad de hardware adicional para el acondicionamiento de señal. Estas interfaces estándar acortan el tiempo de integración y eliminan la necesidad de diseñar interfaces mecánicas y eléctricas a medida.

Coste total de propiedad: un marco para la selección del iluminador

El coste total de propiedad (TCO) de la iluminación en visión artificial contempla: el coste inicial de compra, el coste de integración y puesta en marcha, el coste de energía eléctrica durante la vida del sistema, el coste de mantenimiento y sustitución a lo largo de la vida del sistema y el coste del tiempo de inactividad debido a fallos de inspección relacionados con la iluminación. Un iluminador de bajo precio de compra con una deficiente gestión térmica, una vida útil reducida de los LED e interfaces no estándar suele suponer un TCO más elevado que un iluminador de especificaciones superiores de un fabricante profesional.

Evaluar los iluminadores en función del TCO en lugar de guiarse únicamente por el precio de compra conduce de forma sistemática a mejores resultados en el proyecto. La diferencia de precio de compra entre un iluminador profesional y una unidad estándar suele recuperarse durante el primer año de funcionamiento gracias a un menor mantenimiento, un menor consumo energético y un menor número de fallos de inspección. Para un sistema que funcione entre cinco y diez años, la ventaja del TCO de un iluminador profesional es altamente significativa.

Productos y tecnologías

Familias de iluminadores RODER Vision para proyectos de visión rentables

Las familias de productos RODER Vision que se presentan a continuación combinan un alto rendimiento, una larga vida útil e interfaces estándar para mantener reducidos los costes totales del proyecto y de propiedad.

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