ES1258130U - Sistema de inspección de fallos en procesos de fabricación de productos - Google Patents

Abstract

Sistema de inspección de fallos en procesos de fabricación de productos previsto para ser dispuesto en al menos una de las estaciones por las que pasan los productos uno a uno en el proceso de fabricación, el sistema que comprende al menos una cámara (1), un sensor de posición o presencia (2), una unidad de procesamiento (3) y una unidad de iluminación (4), todos ellos vinculados electrónicamente, así como una estructura de soporte (5) para soportar al menos dicha cámara (1), sensor de posición o presencia (2) y/o la unidad de iluminación (4), estando el sistema caracterizado porque la unidad de procesamiento (3), en una fase inicial de puesta en servicio del sistema, está configurada para: A) generar una imagen patrón (a) por cada cámara (1), estando cada imagen patrón (a) definida en función del tipo de producto a inspeccionar, B) seleccionar una o más marcas de referencia (b) en cada imagen patrón (a), definiéndose la marca de referencia (b) como el conjunto de píxeles (p) de una sección de una imagen patrón (a), C) definir una región de búsqueda (c) donde se buscarán las marcas de referencia (b) en la imagen del producto a adquirir por cada cámara (1), D) determinar una o varias secciones (d) de cada imagen patrón (a), definiéndose las secciones (d) como las características a detectar en las imágenes de los productos (e), correspondiendo dichas características a contornos, bordes, áreas o figuras geométricas, estando dicha unidad de procesamiento (3), en una fase de inspección de fallos a realizar para cada producto, configurada para: E) adquirir una imagen del producto (e) con cada cámara (1) cuando el sensor de posición (2) detecta que el producto se encuentra en la posición que corresponde al campo de visión de cada cámara (1), F) modificar la región de búsqueda (c) de la imagen del producto (e) o la marca de referencia (b'), ya sea reposicionándola, variando su tamaño y/o realizando una transformación de la perspectiva, para buscar y hacer coincidir al menos una marca (f) que coincida con la correspondiente marca de referencia (b'), G) aplicar la modificación necesitada en la etapa anterior a cada sección (d') de la imagen patrón (a) o a la imagen del producto (e'), a la vez que ajustar la imagen del producto (e') mediante la aplicación de filtros, H) buscar cada sección modificada (d') o no (d) en la imagen del producto modificada y/o ajustada (e'), y I) emitir una señal, calificar el producto como defectuoso y/o detener el proceso de fabricación en caso que no se encuentren dichas secciones (d, d').

Description

DESCRIPCION

Sistema de inspección de fallos en procesos de fabricación de productos

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente solicitud de invención tiene por objeto el registro de un sistema de inspección apto para la detección de los fallos que se puedan producir en los procesos de fabricación de productos, incorporando notables innovaciones y ventajas frente a las técnicas utilizadas hasta el momento.

Más concretamente, la invención propone el desarrollo de un sistema que permite inspeccionar los productos en procesos de fabricación muy diversos y con un coste de inversión muy reducido.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Son conocidas en el actual estado de la técnica diversas técnicas de inspección de fallos en procesos de fabricación con la intención de reducir los productos defectuosos, como, por ejemplo, tejidos con agujeros o circuitos electrónicos con ausencia de componentes. Gracias a estas técnicas, se consigue una reducción en los costes de fabricación, al evitar la fatiga del trabajador que realiza la inspección visual, al reducir el tiempo de la inspección y al evitar posibles errores humanos, a la vez que se adquiere conocimiento para la implantación de futuros procesos de fabricación.

Muchas implementaciones de sistemas de inspección de fallos utilizan sistemas ópticos automatizados con los que se adquiere una imagen del producto a inspeccionar y se compara con una imagen de referencia con la intención de descubrir patrones o errores no deseados en el producto. A diferencia de otros sistemas automáticos, la principal ventaja de los sistemas ópticos es que la inspección se puede hacer al instante y a cualquier distancia, sin interferir en el proceso de fabricación.

Sin embargo, estos sistemas basados en la comparación de las imágenes de los productos con una imagen patrón resultan poco efectivos cuando no todos los productos llegan a las distintas estaciones del proceso de fabricación exactamente en la misma posición. Si la imagen del producto se ha adquirido desde un punto de vista diferente al de la imagen patrón, el sistema no es capaz de inspeccionar convenientemente el producto.

Por tanto, todavía hay necesidad de un sistema de inspección de fallos capaz de inspeccionar un producto independientemente de su posición, que a la vez sea económico de implantar y robusto en su uso. La presente invención contribuye a solventar la existente carencia.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención corresponde al desarrollo de un sistema de inspección de fallos en procesos de fabricación de productos, el cual se puede adecuar a las necesidades del proceso según el tipo de elemento a inspeccionar, como por ejemplo pueden ser soldaduras, cordones de sellado para juntas o piezas que no toleren desplazamientos en su posicionamiento.

El presente sistema de inspección de fallos está previsto para instalarse en una estación del proceso de fabricación por la que pasan los productos uno a uno. Los componentes que el sistema comprende son al menos una cámara, un sensor de posición o presencia, una unidad de iluminación y una unidad de procesamiento, así como una estructura de soporte para al menos dicha cámara, sensor y/o unidad de iluminación.

En particular, dentro del sistema de la invención, la unidad de procesamiento, en una fase inicial de puesta en servicio de dicho sistema, está configurada para:

A) definir una imagen patrón por cada cámara, cada imagen patrón definida en función del tipo de producto a inspeccionar,

B) seleccionar una o más marcas de referencia en cada imagen patrón, definiéndose una marca como el conjunto de píxeles de una sección de una imagen,

C) definir una región de búsqueda donde se buscarán las marcas de referencia en la imagen de cada producto a adquirir por cada cámara, y

D) definir las características de una o varias secciones de cada imagen patrón a detectar en la imagen a captar por cada cámara, correspondiendo dichas características a contornos, bordes, áreas o figuras geométricas a inspeccionar en el producto.

En esta primera fase de puesta en servicio, es necesaria la implicación de un técnico o usuario. Para definir la imagen patrón por cada cámara es necesario adquirir una imagen correspondiente a cada zona a inspeccionar en los objetos con una de las cámaras y a continuación aplicarle filtros y un calibrado de lente para mejorar su calidad y destacar los detalles relevantes. El técnico puede ajustar la correspondiente cámara, la posición del producto y/o la unidad de iluminación hasta que cada imagen patrón generada cumpla con los requisitos adecuados. El técnico puede configurar estos requisitos manualmente, según el análisis de los resultados y su experiencia personal, o bien mediante un protocolo establecido de ajuste de parámetros ejecutable por la unidad de procesamiento. Por lo que respecta a la aplicación de filtros, tanto en la anterior como en la siguiente fase, preferiblemente las imágenes se procesan a través de filtros recogidos de librerías con licencia de software libre del tipo BSD.

Respecto a las dos o más marcas de referencia a seleccionaren cada imagen patrón, pueden ser seleccionadas por el técnico según las que considere más adecuadas en función de su experiencia o pueden ser seleccionadas mediante un análisis computacional que detecte aquellas zonas de píxeles que sean más fáciles de identificar digitalmente. De la misma forma, el definir una región de búsqueda puede realizarla el técnico manualmente o mediante un protocolo automatizado ejecutable por la unidad de procesamiento, igual que la etapa de definir las características de las secciones de cada imagen patrón a detectar en las imágenes de los productos captadas por cada cámara.

La unidad de procesamiento, en una segunda y última fase de inspección de fallos a realizar para cada producto, está también además configurada para:

E) adquirir una imagen con cada cámara del producto a inspeccionar cuando el sensor de posición detecta que el producto se encuentra en la posición que corresponde al campo de visión de las cámaras,

F) modificar la región de búsqueda de la imagen del producto o la marca de referencia, ya sea reposicionándola, variando su tamaño y/o realizando una transformación de la perspectiva, para buscar y hacer coincidir al menos una marca que coincida con la correspondiente marca de referencia,

G) aplicar la modificación de la región de búsqueda de la imagen del producto o la marca de referencia a cada sección de la imagen patrón o a la imagen del producto, a la vez que ajustar la imagen del producto mediante la aplicación de filtros,

H) buscar cada sección modificada o no en la imagen del producto modificada y/o ajustada,

I) emitir una señal, calificar el producto como defectuoso y/o detener el proceso de fabricación en caso que no se encuentren dichas secciones por considerarse un fallo de fabricación.

La novedad del presente sistema reside en la configuración particular de la unidad de procesamiento la cual está preparada para modificar la imagen del producto o la marca de referencia para hacer coincidir las marcas, en combinación obviamente con la configuración de dicha unidad de procesamiento para definir previamente unas marcas de referencia en la imagen patrón y habiéndolas localizado en la imagen del producto. Dado que no todos los productos tienen porqué encontrarse exactamente en la misma posición respecto a las cámaras, el sistema comprende esta etapa en la que se modifica la imagen del producto para que sea más efectiva su comparación con la imagen patrón. La modificación puede consistir en un reposicionamiento o desplazamiento en el plano de la imagen para hacer coincidir una primera marca, una variación del tamaño en caso que no coincida al menos una segunda marca o incluso una transformación de su perspectiva para que coincidan más de una marca. La modificación de la imagen puede llevarse a cabo mediante algoritmos o criterios de control superpuestos, que modifiquen la imagen automáticamente o con la ayuda de un técnico.

Gracias a esta novedad, resulta más efectiva la detección de fallos en los sistemas ópticos de inspección. A la vez, toda la segunda fase de inspección de fallos, al ser ejecutada por la unidad de procesamiento, se realiza a muy alta velocidad, de forma que la eficiencia del proceso de fabricación aumenta considerablemente.

Como se ha podido apreciar, en la fase de inspección de fallos, la unidad de procesamiento está configurada para adquirir una imagen del producto con cada cámara, y dicho cometido se produce cuando el sensor de posición detecta que un producto se encuentra en la posición que corresponde al campo de visión de las cámaras. Como realización opcional, el sistema puede comprender una ventana de tiempo de espera en la cual, en la fase de inspección de fallos, el sensor de posición debe detectar que se ha sustituido un producto por el siguiente en el campo de visión de la cámara, y en caso contrario, la unidad de procesamiento emitirá una señal de aviso. Esta ventana de tiempo preferiblemente se establece en la fase inicial de puesta en servicio.

Otro aspecto de la invención consiste en buscar, por parte de la unidad de procesamiento, al menos una sección que corresponda a una marca de referencia se realiza mediante una comparación por medio de una función o algoritmo matemático.

Opcionalmente, el sistema puede comprender más de un sensor de posición con el que, cuando se detecta si el producto se encuentra en el campo de visión de la cámara, la unidad de procesamiento está además configurada para detectar si el producto se encuentra en una orientación suficientemente similar a la de la imagen patrón, por ejemplo, para seleccionar la cámara adecuada con la que tomar la imagen. A su vez, la unidad de procesamiento está configurada para regular la intensidad y la dirección de la luz de la fuente, por ejemplo, en el caso en que dicha unidad de procesamiento detecte que haya cambiado la luz ambiental reflejada en las imágenes del producto o que un elemento a inspeccionar necesite una iluminación diferente a otro elemento a inspeccionar. De la misma forma, el sistema puede comprender al menos un reflector de luz o un filtro de luz, donde la unidad de procesamiento está configurada para regular la intensidad y la dirección de la luz que le llega al producto mediante la regulación o control de dicho reflector o filtro.

La estructura de soporte del sistema está constituida por dos postes verticales unidos por un larguero horizontal regulable en altura, y comprende al menos un elemento de sujeción para cámaras o sensores, el cual se puede rotar y desplazar por la estructura, de forma que permite regular tanto el campo visual de las cámaras y/o los sensores soportados como la iluminación, en función del tipo de producto a inspeccionar.

Estas y otras características y ventajas del sistema objeto de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción de una realización preferida, pero no exclusiva, que se ilustra a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompañan.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Figura 1.- Ilustra una vista esquemática de una realización de ejemplo del presente sistema de detección de fallos.

Figura 2.- Ilustra un ejemplo de aplicación del sistema de detección de fallos de la invención.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE

Tal y como se aprecia en la Fig. 1, la realización de ejemplo del sistema de inspección de fallos de la invención comprende al menos una cámara (1), un sensor de posición o presencia (2), una unidad de iluminación (4) y una unidad de procesamiento (3), todos ellos vinculados electrónicamente. En esta vista esquemática se ha representado la vinculación mediante unos cables (líneas punteadas), aunque la vinculación también puede ser inalámbrica. El sistema también comprende una estructura de soporte (5) constituida por dos postes verticales (51) unidos por un larguero horizontal (52) regulable en altura. La estructura (5) comprende al menos un elemento de sujeción (53) para cámaras, sensores y/o unidades de iluminación, el cual se poder rotar y desplazar en relación a la estructura (5), de forma que se permite regular el campo visual de las cámaras (1) y/o los sensores (2) soportados, en función del tipo de productos a inspeccionar.

En la Fig. 2 se muestra un ejemplo gráfico de como la configuración de funcionamiento particular de la unidad de procesamiento (3) del sistema se emplea para la detección de fallos. Como se aprecia en la Fig.2(A), en una fase inicial de puesta en servicio del sistema, la unidad de procesamiento (3) está configurada para generar una imagen patrón (a) por cada cámara (1), siendo en este ejemplo sólo una. En esta imagen patrón (a) se selecciona una marca de referencia (b), siendo en este ejemplo el conjunto de píxeles (p) marcados en color negro de la cuadrícula de la Fig. 2(A). Asimismo, se define una región de búsqueda (c) donde se buscarán las marcas de referencia en la imagen de cada producto a adquirir por la cámara (1). Por último, esta primera fase comprende la determinación de las características de una o varias secciones (d) de la imagen patrón (a) que se deberá detectar en las imágenes de los productos. En esta realización de ejemplo, la sección (d) corresponde a la geometría de la superficie de un componente para comprobar si el componente se ha instalado, comprendiendo en este caso un área romboidal monocromática.

Una vez acabada la fase de puesta en servicio, continua la fase de inspección de fallos, la cual se realiza para cada producto a inspeccionar. En esta fase, la unidad de procesamiento está configurada para adquirir la imagen de un producto (e) y con la identificación de la región de búsqueda (c), tal y como se ejemplifica en la Fig. 2(B). A continuación, se modifica la región de búsqueda (c) o bien la marca de referencia (b), ya sea reposicionándola, variando su tamaño y/o realizando una transformación de la perspectiva, para buscar y hacer coincidir al menos una marca de la región de búsqueda (c) con al menos una marca de referencia (b). Como se muestra en la Fig. 2(C), en este ejemplo se modifica la marca de referencia (b). Una vez encontrada la marca de referencia modificada (b’) que coincide con una marca de la región de búsqueda (c), se aplican las mismas modificaciones a la sección (d) para obtener una sección modificada (d’). Posteriormente, se compara esta sección modificada (d’) con la imagen del producto ajustada con filtros

con la intención de encontrarla, tal y como se ejemplifica en la Fig. 2(D). En caso de no encontrarla, el sistema emitiría una señal, calificaría el producto como defectuoso y/o detendría el proceso de fabricación, por considerarse un fallo de fabricación al no estar instalado el componente.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de inspección de fallos en procesos de fabricación de productos previsto para ser dispuesto en al menos una de las estaciones por las que pasan los productos uno a uno en el proceso de fabricación, el sistema que comprende al menos una cámara (1), un sensor de posición o presencia (2), una unidad de procesamiento (3) y una unidad de iluminación (4), todos ellos vinculados electrónicamente, así como una estructura de soporte (5) para soportar al menos dicha cámara (1), sensor de posición o presencia (2) y/o la unidad de iluminación (4), estando el sistema caracterizado por que la unidad de procesamiento (3), en una fase inicial de puesta en servicio del sistema, está configurada para:

A) generar una imagen patrón (a) por cada cámara (1), estando cada imagen patrón (a) definida en función del tipo de producto a inspeccionar,

B) seleccionar una o más marcas de referencia (b) en cada imagen patrón (a), definiéndose la marca de referencia (b) como el conjunto de píxeles (p) de una sección de una imagen patrón (a),

C) definir una región de búsqueda (c) donde se buscarán las marcas de referencia (b) en la imagen del producto a adquirir por cada cámara (1),

D) determinar una o varias secciones (d) de cada imagen patrón (a), definiéndose las secciones (d) como las características a detectar en las imágenes de los productos (e), correspondiendo dichas características a contornos, bordes, áreas o figuras geométricas,

estando dicha unidad de procesamiento (3), en una fase de inspección de fallos a realizar para cada producto, configurada para:

E) adquirir una imagen del producto (e) con cada cámara (1) cuando el sensor de posición (2) detecta que el producto se encuentra en la posición que corresponde al campo de visión de cada cámara (1),

F) modificar la región de búsqueda (c) de la imagen del producto (e) o la marca de referencia (b’), ya sea reposicionándola, variando su tamaño y/o realizando una transformación de la perspectiva, para buscar y hacer coincidir al menos una marca (f) que coincida con la correspondiente marca de referencia (b’),

G) aplicar la modificación necesitada en la etapa anterior a cada sección (d’) de la imagen patrón (a) o a la imagen del producto (e’), a la vez que ajustar la imagen del producto

mediante la aplicación de filtros,

H) buscar cada sección modificada (d’) o no (d) en la imagen del producto modificada y/o ajustada (e’), y

I) emitir una señal, calificar el producto como defectuoso y/o detener el proceso de fabricación en caso que no se encuentren dichas secciones (d, d’).

2. Sistema según la reivindicación 1, donde, en la fase inicial de puesta en servicio, la unidad de procesamiento (3) está además configurada para establecer una ventana de tiempo de espera en la cual, en la fase de inspección de fallos, el sensor de posición (2) detecta que se ha sustituido un producto por el siguiente en el campo de visión de la cámara (1), y en caso contrario, la unidad de procesamiento (4) está configurada para emitir una señal de aviso.

3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la unidad de procesamiento (3) está configurada para buscar al menos una marca (f) que corresponda a una marca de referencia (b) mediante una comparación por medio de una función o algoritmo matemático.

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde, cuando la unidad de procesamiento (3) detecta con el sensor de posición (2) si el producto se encuentra en el campo de visión de la cámara (1), está además configurada para detectar si el producto se encuentra en una orientación suficientemente similar a la de la imagen patrón (a).

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la unidad de procesamiento (3) está adicionalmente configurada para controlar la unidad de iluminación (3) para ajustar la intensidad y la dirección de la luz.

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende al menos un reflector de luz o un filtro de luz, donde la unidad de procesamiento (3) está configurada para ajustar la intensidad y la dirección de la luz que le llega al producto.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende una estructura de soporte (5) constituida por dos postes verticales (51) unidos por un larguero horizontal (52) regulable en altura, dicha estructura (5) comprendiendo al menos un elemento de sujeción (53) para cámaras, sensores y/o unidades de iluminación, el cual se poder rotar y desplazar en relación a la estructura (5).