Masonite es una empresa global de productos de construcción con sede central en Tampa, Florida, EE. UU. Masonite, que opera en más de 80 instalaciones en dieciocho países de América del Norte, América del Sur, Europa, Asia y África, y con aproximadamente 10,000 empleados, lidera el mundo en la fabricación de revestimientos de puertas moldeadas de calidad, que suministran directamente a los socios de fabricación de puertas de todo el mundo. Instalaciones irlandesas de Masonite en Carrick on Shannon, Co. Leitrim es el resultado de una inversión de 138 millones de USD y es la segunda instalación más grande de Masonite. Esta planta de producción de última generación envía revestimientos para puertas a 32 países.
El desafío
En sus instalaciones irlandesas en Carrick on Shannon, Co. Leitrim, Masonite, produce muchos revestimientos de puertas con diferentes patrones, que deben clasificarse y hacerlo automáticamente en las áreas de recolección correctas al final de las líneas de producción. Los revestimientos clasificados incorrectamente deben reordenarse manualmente. La reclasificación manual requiere mucha mano de obra, lo que resulta en revestimientos dañados y la posterior pérdida de rendimiento.
Masonite Ireland disponía de un sistema de visión de revestimientos para puertas que había cumplido bien su función original, pero con los avanzados diseños de molduras y la expansión del negocio de revestimientos para puertas, se necesitaba una nueva tecnología de visión. El software del sistema de visión existente contenía una biblioteca de todos los posibles revestimientos de puertas, pero no podía adaptarse fácilmente a la adición de nuevos revestimientos, lo que requería programación especializada por parte del personal de ingeniería. En el futuro, Masonite estaba dispuesto a aplicar una solución de sistema de visión que cumpliera con sus requisitos para el futuro previsible. También era fundamental que el sistema fuera altamente preciso, fácil de usar, rápido para que el personal de operaciones se capacitara y pudiera adaptarse a la gran cantidad de diseños de puertas moldeadas utilizados en la producción.
Traiga al especialista
Comprometido con la inversión en la mejora continua de los procesos, Masonite encomendó a Alpha Vision Design (AVD), una empresa especializada en visión artificial industrial, que colaborara con el personal de ingeniería de Masonite Ireland para crear un sistema de clasificación automática en línea. El sistema debía identificar los revestimientos de las puertas en función del diseño de la moldura y la textura de la superficie. Dos revestimientos de puerta se prensan uno al lado del otro, y las diferentes combinaciones de patrones de puerta se producen a partir de un extenso inventario de troqueles para revestimientos de puertas individuales. Hay miles de posibles combinaciones de troqueles, por lo que el sistema de clasificación era necesario para acomodar múltiples combinaciones de troqueles y cambios frecuentes de troqueles.
Al inicio de la producción, el operador entrena al sistema para el primer conjunto de revestimientos utilizando un sencillo asistente de entrenamiento. Los revestimientos posteriores se inspeccionarían y clasificarían automáticamente. El sistema de visión después se comunica con el sistema de control de la línea de producción, enrutando el revestimiento clasificado al área de recolección correspondiente.
El proyecto planteó algunos desafíos técnicos interesantes. Debido a la gran superficie involucrada (una puerta de largo x dos anchos de puerta), fue difícil lograr una iluminación uniforme sobre toda la superficie. Masonite había utilizado anteriormente iluminación fluorescente estándar de gran formato y alta frecuencia para iluminar los revestimientos dentro del área de inspección definida. Debido a las características físicas del revestimiento de la puerta (área grande, no perfectamente plana), la luz convencional no era adecuada para proporcionar imágenes de alta calidad para el sistema de visión. Dado que la iluminación es un componente tan crítico de cualquier sistema de visión, se reconoció que se requirieron mejoras significativas en la iluminación para esta aplicación.
Además, se requería un sistema robusto que pudiera lidiar con la rotación y cierta flexión o deformación de los revestimientos de la puerta, ya que los revestimientos pueden hundirse donde no hay soporte directo de la banda transportadora. Como resultado, el perfil de patrón del revestimiento de la puerta puede aparecer distorsionado, lo que típicamente provoca estiramiento o compresión dentro de la imagen adquirida. Herramientas estándar de emparejamiento de patrones basadas en la técnica de correlación cruzada tendrían un mal desempeño en estos casos.
La solución
A nivel mundial, la mayor parte de las aplicaciones de visión artificial se basan en la técnica de inspección 2D. La inspección 3D sigue siendo relativamente especializada, aunque están surgiendo nuevos mercados a medida que las tecnologías maduran y ganan aceptación más generalizada. La inspección 3D con triangulación láser es probablemente la plataforma más común utilizada hoy en día para implementar aplicaciones 3D (aunque existen muchas otras tecnologías 3D). Los láseres, utilizados para la iluminación, ofrecen una solución rentable y están disponibles fácilmente en muchos distribuidores y fabricantes. Además, el sistema 3D basado en láser es particularmente eficaz para escanear piezas grandes no reflectantes con perfiles bien definidos y, por lo tanto, fue adecuado para esta aplicación de visión.
El sistema está diseñado para capturar información 3D de los patrones en el frente de la puerta moldeada, utilizando generadores de líneas de láser de diodos y una cámara de escaneo lineal de adquisición de imágenes 3D (suministrada por otros fabricantes de equipos). Los generadores de línea láser producen una línea láser visible a través del ancho de la puerta doble orientada a medida que se desplaza a lo largo del transportador de inspección. Mediante el uso de un codificador de eje, la cámara 3D se sincroniza con la velocidad de la banda transportadora para capturar información 3D a una resolución adecuada a lo largo de la longitud orientada hacia la puerta. La cámara 3D se configura para una resolución de píxeles similar para el ancho de frente.
Los datos de imágenes sensibles a la estatura se transfieren al capturador de marcos de la PC a través de una interfaz CameraLink para crear una imagen de perfil de estatura 2D (en formato de mapa de bits) del frente de la puerta doble que se está inspeccionando. Luego, la imagen se procesa con el potente software VisionPro de Cognex. VisionPro ofrece captura y procesamiento de imágenes sin igual en un formato de fácil uso. La avanzada herramienta PatMax® ofrece la capacidad de realizar correspondencia de patrones geométricos únicos y clasificar formas, incluso en contrastes bajos, como se encuentra en esta aplicación.
Las cámaras de visión 2D “inteligentes” y las luces halógenas se utilizan para proporcionar la información de texturas superficiales requerida, que se integra en el sistema de visión mediante señales de entrada digitales.
Una vez que el personal de ingeniería de Masonite Ireland había completado la especificación, el diseño, la instalación y la puesta en servicio del hardware de visión 3D y visión 2D, el sistema estaba listo para ser programado para extraer y procesar la información de la imagen. AVD creó una interfaz de usuario gráfica (GUI) personalizada de acuerdo con los requisitos de Masonite. La interfaz fue diseñada para su facilidad de uso por el personal de operaciones. Fue diseñado para ser ordenado y contiene un esquema de codificación por colores consistente con otros sistemas implementados en la planta de fabricación.
Como parte de la ética de facilidad de uso, la cantidad de ajustes operativos necesarios para usar el sistema se mantuvo al mínimo. El sistema no era una herramienta de ingeniería demasiado complicada que se limitaría a la programación/configuración por parte del personal técnico o de ingeniería. El sistema entregado requiere menos de cuatro minutos para que el personal de producción capacite nuevos revestimientos de puertas, y requiere poco más que la capacidad de dibujar cajas y colocar herramientas de detección.
Resultados del usuario final
“Dada la gran cantidad de posibles combinaciones de troqueles, la gran superficie y la relativamente superficial moldura de los revestimientos de las puertas, fue difícil especificar un sistema de visión adecuado para capturar imágenes repetibles y de alta calidad y categorizar con exactitud la multitud de combinaciones de revestimientos de puertas”.
“La solución requirió un enfoque innovador, lo que resultó en la integración de hardware y software previamente incompatibles. Alpha Vision visión Design fue elegido como integrador de sistemas debido a su considerable pericia en el campo especializado de la ingeniería sistema de visión. Lograron cerrar la separación entre el hardware y el software mediante la producción de software de interfaz personalizado, lo que permitió que la aplicación se convirtiera en un sistema de visión de última generación”.
“La interfaz de usuario gráfica (GUI), diseñada en asociación con AVD, ha demostrado ser muy intuitiva de usar. La GUI proporciona toda la información relevante necesaria para determinar el rendimiento del sistema de un vistazo, sin conocimientos especializados requeridos por el personal de Operaciones. El personal de Ingeniería también puede depurar software y mantener el sistema utilizando funciones más avanzadas y protegidas por niveles de acceso de la GUI. La facilidad de uso del sistema fue un requisito crítico, ya que la falla de esta faceta del Proyecto habría tenido un impacto negativo en el éxito general del Proyecto. Una vez instruidos, nuestra línea de fabricación capacita al sistema para nuevas combinaciones de patrones de puertas, según sea necesario, sin ninguna dificultad”.
“La funcionalidad avanzada del software Cognex VisionPro contribuyó significativamente al éxito del proyecto, lo que permitió que el sistema superara la especificación de requisitos del usuario original, lo que proporcionó una precisión de clasificación superior al 99,97 % (es decir, menos de tres de cada 10,000 se clasifican incorrectamente). La reordenación manual del producto se ha eliminado virtualmente, lo que aumenta el rendimiento y permite al personal de operaciones realizar tareas que agregan valor al producto”.
“El excelente rendimiento del software Cognex VisionPro, combinado con la experiencia en sistemas de visión de AVD, dio como resultado un sistema de visión de última generación, que allanó el camino para la implementación de proyectos similares en Masonite Ireland en un futuro cercano”.
Acerca de AVD
Alpha Vision visión Design se especializa en la aplicación de sistemas de visión artificial industrial para el control de calidad y la automatización en la fabricación. Nuestra amplia gama de conocimientos abarca integración de sistemas, desarrollo de software, óptica e iluminación. Con más de diez años de experiencia en diseños de sistemas de visión y desarrollo de aplicación, Alpha Vision visión Design es el socio preferido de muchas empresas líderes de fabricación de chips azules.