Conclusiones clave
- La tecnología de exploración de líneas crea imágenes de una hilera de píxeles a la vez para inspeccionar las tramas móviles y los objetos giratorios.
- Una cámara de escaneo de área captura un marco bidimensional completo en una sola exposición.
- Elegir el tipo de sensor correcto depende completamente de la velocidad de la cinta transportadora y de la forma del objeto que está inspeccionando.
Los inconvenientes de elegir la cámara incorrecta
Elegir la adquisición de imágenes incorrecta en la visión artificial es un poco similar a elegir conducir un autobús escolar para su viaje diario. Con el tiempo, llegará a donde va, pero llevará más tiempo, costará más y causará frustración durante todo el proceso.
Las cámaras de exploración de línea y de área tienen el mismo propósito general, capturando imágenes para automatizar tareas visuales, pero su proceso y método son completamente diferentes.
¿Qué es una cámara de escaneo de línea y cuáles son sus usos principales?
Una cámara de escaneo de línea captura una sola hilera de píxeles. A medida que un objeto pasa por el sensor, la cámara se activa repetidamente para crear una imagen de una fila de píxeles a la vez, uniendo estas filas para formar una imagen perfecta. Los últimos lectores de imágenes de escaneo lineal varían de 500 a 8000 píxeles por línea con velocidades que alcanzan hasta 67 000 líneas por segundo.
Aplicaciones donde el escaneo lineal se destaca:
- Materiales web continuos: Papel, película, papel de aluminio, textiles y no tejidos
- Superficies cilíndricas: Latas, tubos y rodillos donde la cámara “desenvuelve” la superficie de manera efectiva
- Objetos planos grandes: Paneles solares, láminas de vidrio, placas de metal y PCB más anchos que un campo de visión de escaneo de área único
- Producción de alta velocidad: Líneas que operan a velocidades superiores a 2 metros por segundo, donde el escaneo de área requeriría luces estroboscópicas poco prácticas
Una cámara de escaneo de línea captura una sola hilera de píxeles y los cose para formar una imagen perfecta.
Una cámara de escaneo de área captura una escena en una sola instantánea.
Qué es una cámara de escaneo de área y cuándo gana
Una cámara de escaneo de área captura una imagen en una sola vez. Esto lo convierte en la elección más común y flexible para inspeccionar piezas discretas o piezas individuales, así como aplicaciones de visión artificial general y guía robótica.
El sensor contiene una matriz rectangular de píxeles. En una sola instantánea, la cámara graba toda la escena. Los sensores del obturador global exponen todos los píxeles simultáneamente, congelándolos sin distorsión. Esta sencillez explica por qué el escaneo de área sigue siendo el valor predeterminado para la mayoría de las instalaciones de visión artificial.
Las aplicaciones de cámara de escaneo de área incluyen:
- La detección de defectos para piezas discretas: Cada pieza se captura individualmente sin sincronización de movimiento
- La selección de recipiente de robótica: imagenología de un solo disparo para localización de piezas 3D y orientación
- Inspecciones con múltiples regiones zona de interés: Una imagen segmentada para múltiples verificaciones de defectos sin mover la cámara
- Líneas de baja velocidad o paradas y marchas: Una integración más simple sin requisitos de codificador
Escaneo de área frente a escaneo lineal: Comparación de características y aplicaciones
Las cámaras de escaneo de línea ofrecen velocidades de inspección entre 20 y 30 veces más rápidas que los sensores de escaneo de área al medir objetos continuos. Sin embargo, las cámaras de escaneo de área ofrecen una integración más simple con piezas discretas y pueden lograr frecuencias de cuadros muy altas al inspeccionar campos de visión más pequeños.
| cámara de escaneo de área | cámara de escaneo de línea | |
|---|---|---|
| Método de captura | Exposición única de una matriz de sensores rectangulares | Captura secuencial de una fila de un solo píxel |
| Construcción de imágenes | Imagen en una instantánea | Imagen cosida de filas sucesivas |
| Resolución práctica máxima | 20 a 65 megapíxeles por marco | De 4,096 a más de 16,384 píxeles por línea (longitud infinita) |
| Velocidad promedio | 30 a 500 cuadros por segundo (marco completo) | 20,000 a 67,000 líneas por segundo |
| Requisito de movimiento | Objetos estáticos o de velocidad moderada | Movimiento relativo continuo (cámara u objeto) |
| Sincronización | Entrada de activación (externa o interna) | Retroalimentación del codificador para coincidencia de velocidad |
| Complejidad de integración | Inferior: lentes estándar, iluminación, montaje | Más alto: requiere control de movimiento preciso e iluminación lineal |
| Tipo de mejor aplicación | Piezas discretas, presencia/ausencia, inspección de conjuntos, selección de contenedores, múltiples regiones zona de interés | Líneas continuas de alta velocidad, cilíndricas, de inspección por web |
Cuatro errores críticos que cometen los ingenieros
El desenfoque de movimiento, la incompatibilidad del codificador y los errores de iluminación son los tres errores más comunes y costosos al especificar cámaras de escaneo de línea o área. Cada error es predecible y evitable con el análisis adecuado de la aplicación.
| Por qué sucede | Prevención | |
|---|---|---|
| Movimiento desenfocado en el escaneo de área | Suponiendo que un obturador rápido puede congelar una red que se mueve más rápido que 2 metros por segundo | Utilice un sistema de exploración de líneas para velocidades superiores a 2 m/s |
| Desajuste del codificador en el escaneo lineal | La calibración incorrecta entre los pulsos del codificador y la frecuencia de la línea de la cámara provoca el estiramiento o la compresión de la imagen | Validar la resolución del codificador y la sincronización del pulso con patrones de prueba antes de la producción |
| Iluminación lineal para escaneo de área, luces anulares para escaneo lineal | Uso de geometría de iluminación diseñada para un tipo de cámara en la otra | Use luces de línea uniformes para el escaneo lineal; luces de anillo o luces de domo para el escaneo de área |
| Sobrecarga de procesamiento | Subestimación de las tasas de datos desde el sistema de escaneo lineal de alta resolución | Calcule los requisitos de ancho de banda con anticipación; especifique la interfaz adecuada (GigE Vision, CoaXPress, enlace a la cámara HS) |
Los sistemas de exploración de línea requieren una sincronización precisa entre la velocidad de línea de la cámara y la velocidad de la banda transportadora, generalmente a través de un codificador. Si la velocidad cambia sin coincidir con la velocidad de línea, la imagen se comprime o estira, distorsionando las mediciones.
Perspectiva experta: Jon Dizer, ingeniero de ventas de cuentas sénior
P: ¿Cuál es un aspecto común de la configuración de un sistema de escaneo lineal que la gente pasa por alto?
A: “La orientación de la pieza, sin duda. Si no puede obtener una pieza en la posición correcta para cuando llegue a una cámara, tendrá más problemas en el futuro. La mayoría de los fabricantes no cuentan con un sistema para rotar piezas sin disminuir la velocidad de la línea o reducir el rendimiento. Estos sistemas existen, pero a menudo son difíciles de adaptar a las líneas existentes”.
Cómo cambia la IA la ecuación de selección de la cámara
La IA hace que cada cámara sea más capaz dentro de su aplicaciónadecuada al manejar variantes orgánicas en apariencia, luz y presentación de defectos.
Los sistemas de visión tradicionales en base a reglas requieren programación explícita para todas las variaciones posibles de defectos. Herramientas de IA, incluida la IA Edge y la IA avanzada, encuentran defectos al aprender de imágenes de ejemplo. Esto es importante para seleccionar la cámara porque una cámara alimentado por IA puede tolerar más variaciones en el posicionamiento y la apariencia de las piezas que un sistema tradicional.
Perspectiva experta: Jon Dizer, ingeniero de ventas de cuentas sénior
P: ¿Qué debería considerar alguien antes de implementar un sistema de IA? ¿Cómo afectará esa tecnología las operaciones a largo plazo?
A: “Aunque las herramientas de IA pueden mejorar la capacidad de la visión artificial, no hay que sustituir la adquisición de imágenes. Incluso los pequeños cambios en la distancia de trabajo, la luz o el color de fondo pueden requerir una reprogramación completa si las imágenes son drásticamente diferentes. También nos están preguntando cómo validar este sistema, cómo ajustar su procedimiento de calibración sin afectar los modelos de IA o si las herramientas o cintas transportadoras cambian de color”.
“A medida que el sistema de escaneo lineal se acelere, las empresas podrán utilizar herramientas de visión de IA avanzadas, que anteriormente habrían creado un obstáculo en la fabricación. Ya estamos viendo que la herramienta de segmento en In-Sight 3900 se convierte en una opción mucho más viable ahora que podemos ejecutarla lo suficientemente rápido como para seguir el ritmo de las velocidades de línea modernas”.
Perspectiva experta: Jon Dizer, ingeniero de ventas de cuentas sénior
P: Las cámaras de escaneo de área se están volviendo más rápidas en la adquisición de imágenes, ¿cómo cambiará eso las aplicaciones para ambas tecnologías?
A: “Las cámaras de escaneo de área se están volviendo cada vez más rápidas, lo que les permite operar a velocidades de línea más altas y ampliar la cantidad de aplicaciones que pueden resolver y difuminar la distinción entre el escaneo lineal tradicional y el escaneo de área. Sin embargo, el sistema de escaneo lineal sigue siendo indispensable cuando se trata de inspeccionar objetivos cilíndricos brillantes, como baterías, botellas, viales y rótulos”.
El futuro del área y el escaneo lineal: Menos PC, más Métodos de imagenología
La visión artificial se está volviendo más común. Métodos avanzados de imagenología, IA y sensores de imagen se moverán gradualmente del laboratorio a los ambientes de fabricación, ampliando la capacidad de inspección y la visión artificial.
- Los sensores infrarrojos de longitud de onda corta (SWIR) pueden detectar la luz en un rango mucho mayor, lo que le permite pasar claramente a través del gas, la niebla y el polvo. El SWIR también puede penetrar en ciertos materiales, lo que permite la inspección de productos incluso después de empacarlos.
- El procesamiento de IA Edge se volverá más rutinario. Los primeros sistemas de exploración de línea requerían grandes cantidades de datos de imágenes y PC para procesar esos datos. Los sistemas modernos utilizan la IA Edge para calcular la información, y entre los avances de hardware y software, la IA Edge será más asequible. Esta tendencia ampliará las aplicaciones que Edge AI puede resolver y absorberá gradualmente la visión artificial basado en PC.
- El perfil 3D y el escaneo de área de alta velocidad de fotogramas difuminarán la distinción de línea tradicional frente a área, lo que permite que el escaneo lineal maneje grandes piezas y el escaneo de área para manejar redes continuas. A medida que los sistemas de visión artificial de exploración por área tengan sensores de imagenología más avanzados, podrán procesar información a frecuencias de cuadros más altas, emulando efectivamente los sistemas de exploración por línea.
Los ingenieros de fabricación necesitarán nuevas habilidades, incluida la capacitación en modelos de IA para la implementación en el borde, la interpretación de datos multiespectrales, la especificación de interfaz de ancho de banda alto (p. ej., CoaXPress-over-Fiber) y la integración híbrida de la línea, el área y la imagenología 3D.
Escaneo de área y escaneo lineal: ¿Cómo elige?
- ¿Movimiento continuo de alta velocidad? Si su línea funciona más rápido que aproximadamente 2 metros por segundo con flujo continuo de producto, el escaneo lineal es casi siempre la respuesta.
- ¿Dimensión de objetos largos o continuos? Si inspecciona telarañas, tuberías, rieles o material de rollo a rollo, el escaneo lineal maneja una longitud infinita sin problemas donde el escaneo de área requeriría costura.
- ¿Amplio campo de visión (FOV) con alta resolución? El escaneo lineal mantiene la resolución en cualquier ancho al aumentar el recuento de píxeles por hilera. La resolución del escaneo de área se fija según el tamaño del sensor.
- ¿Piezas discretas a velocidad moderada? El escaneo de área ofrece una integración más simple, costos más bajos y una implementación más sencilla para la mayoría de las aplicaciones de inspección de piezas discretas.
Perspectiva experta: Jon Dizer, ingeniero de ventas de cuentas sénior
“Casi siempre que tenga un FOV muy amplio, los usuarios subestiman la cantidad de cámaras de escaneo de área necesarias para obtener la misma solución que una cámara de escaneo de línea. Por supuesto, por lo general, hay razones específico para la aplicación para utilizar métodos específicos, pero estrictamente en términos de resolución, la cantidad mínima de defectos que debe encontrar, las matemáticas casi siempre señalan el uso de un escaneo lineal para grandes inspecciones de FOV”.
Determinar cuál es el mejor método para la adquisición de imágenes es un paso temprano para elegir un sistema de visión artificial. Ya sea que esté implementando su primer sistema de visión artificial o escalando una línea de inspección existente, un proveedor de sistema de visión artificial de confianza puede guiarlo en el proceso.