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Tecnología de los controladores de visión artificial

Los controladores de visión artificial son módulos de análisis para el procesamiento de imágenes, con procesamiento de datos y emisión de resultados. Normalmente se utilizan para la evaluación de aplicaciones multicámara o multiperfil.

¿Qué es un controlador de visión artificial?

Los controladores de visión artificial son ordenadores que se utilizan en entornos exigentes e industriales. A diferencia de los ordenadores de oficina convencionales, los controladores de visión artificial se caracterizan por un funcionamiento a prueba de fallos en modo continuo, mayor clase de protección IP, resistencia a las vibraciones, al polvo o a rangos de temperatura de funcionamiento más amplios y una alta disponibilidad a largo plazo. Existen posibilidades de aplicación, por ejemplo, en plantas de producción de los más diversos sectores, como la automoción, el metal, la logística, los alimentos, la industria farmacéutica o la energía.

Funciones de un controlador de visión artificial

Los potentes procesadores permiten diferentes funciones y tareas en el procesamiento industrial de imágenes. Algunos ejemplos son:

Control y supervisión

Mediante la supervisión y el control de máquinas, instalaciones y procesos en la producción con la ayuda de un sistema de visión artificial, se puede aumentar significativamente la eficiencia de la fabricación. El controlador permite un control preciso y una supervisión en tiempo real.

Análisis y registro de datos

Los controladores registran los datos de cámaras, sensores de medición y otros dispositivos para su posterior procesamiento. A continuación, los datos se procesan, analizan y visualizan a través de un software específico del fabricante.

Interfaz entre el operario y el sistema

La facilidad de uso es importante para la supervisión y el control de la planta de producción, ya que el controlador es el enlace entre el operario humano y el sistema automatizado. A menudo se recurre a sistemas operativos tradicionales como Linux.

Conectividad y comunicación

Los controladores industriales cuentan con múltiples interfaces para garantizar una conectividad y comunicación perfectas entre los dispositivos de captura utilizados y los componentes de acción en un sistema de automatización industrial. También se pueden utilizar conexiones en tiempo real. Esto es especialmente importante para sistemas de bus de campo como PROFIBUS, EtherCAT, etc.

Adaptación personalizada

En función del campo de aplicación, los controladores de visión artificial se pueden adaptar específicamente a diferentes requisitos mediante diversos componentes de hardware, como procesadores y medios de almacenamiento.

Diferencia entre controladores de visión artificial y Smart Devices

Controladores de visión artificial

Adecuados para aplicaciones en las que se necesitan varias cámaras o sensores de perfiles para la evaluación
Tiempos de proceso más cortos gracias a una mayor potencia de cálculo
La evaluación de imágenes y perfiles se realiza en el controlador
Adecuados para tareas de inspección de muy alta resolución

Smart Devices

Adecuados para aplicaciones en las que solo se necesita una cámara o un sensor de medición para la evaluación
La evaluación de imágenes y perfiles se realiza mediante un software preinstalado en la cámara o en el sensor de medición
Salida de resultados a través de interfaces integradas
No es necesario un controlador de visión artificial adicional

Estructura y componentes de un controlador de visión artificial

CPU (procesador)

La CPU es el corazón del controlador de visión artificial y proporciona la potencia de cálculo. En función de la aplicación, se selecciona el procesador adecuado. Los controladores de visión artificial de wenglor tienen potentes procesadores i7.

Placa base

En la placa base están montados todos los componentes necesarios para el funcionamiento de un PC industrial. Esto incluye el procesador, la memoria RAM, el almacenamiento masivo, el conjunto de chips, la tarjeta gráfica y los módulos para interfaces y otros componentes esenciales.

Memoria (RAM y disco duro)

La memoria de trabajo, también conocida como memoria RAM (Random Access Memory), almacena los datos que el procesador necesita para un procesamiento rápido y a corto plazo. La memoria RAM se puede comparar con la cilindrada de un motor de combustión: Una memoria RAM suficientemente grande permite que el procesador despliegue toda su potencia.

Interfaces

Los controladores tienen algunas interfaces para comunicarse con las cámaras y otros dispositivos, entre los que se incluyen:

RTE
- PROFINET
- Ethernet IP
- EtherCAT
Ethernet TCP/IP
UDP
E/S digital
SFTP

Refrigeración

Muchos PC industriales se instalan en lugares donde hace calor, como en las fundiciones. Por eso el sistema de refrigeración debe ser eficiente para mantener las temperaturas bajo control. Se distingue entre refrigeración pasiva y refrigeración activa.

Tarjeta gráfica

En función de la aplicación, puede ser necesaria una tarjeta gráfica en los controladores de visión artificial. Una tarjeta gráfica en un PC industrial desempeña un papel importante en el procesamiento y la representación de los datos.

Las diferencias entre las interfaces

Ethernet TCP/IP

Ethernet TCP/IP significa “Transmission Control Protocol/Internet Protocol” y es un protocolo de transmisión de datos que permite direccionar de forma fiable datos divididos en paquetes y transmitirlos a los aparatos participantes conectados a la red. Se garantiza la llegada de cada paquete de datos. Si no es así, se vuelven a enviar.

UDP

UDP (User Datagram Protocol) es un protocolo de red que permite la transmisión inalámbrica de datos en redes informáticas basadas en IP. Sin conexión significa que los datos se envían entre el emisor y el receptor sin autenticación mutua. En UDP, la velocidad es lo primero.

SFTP

SFTP (Secure File Transfer Protocol) es un protocolo de transferencia de archivos para redes basadas en IP que se utiliza para transferir datos cifrados. Por lo general, los datos se cargan del cliente al servidor y se descargan del servidor al cliente.

DIO (Digital Input/Output)

Los DIO (entrada/salida digital) transmiten señales digitales, por ejemplo, desde sensores o cámaras de forma eficiente y directa a otros controles (PLC). Por ejemplo, una secuencia de impulsos activa una captura de imagen a través de una entrada digital. Al mismo tiempo, se puede activar una iluminación a través de una salida digital.

RTE (Real-Time Ethernet)

RTE (Ethernet en tiempo real) es un entorno Ethernet en tiempo real basado en protocolos IP que se utiliza principalmente en la tecnología de automatización para conectar periféricos descentralizados a un control. Entre ellos se incluyen PROFINET, Ethernet IP, EtherCAT, etc. En la automatización de fábricas, el tiempo real se refiere a tiempos de ciclo en el rango de milisegundos de un solo dígito.

Requisitos para controladores con herramientas de IA

Las nuevas funciones y las mejoras inteligentes de la IA hacen que resulte esencial el uso selectivo de hardware de alto rendimiento. Con la combinación adecuada de potencia de cálculo y hardware específico para IA, se pueden acelerar considerablemente las aplicaciones de IA, generalmente entre 5 y 10 veces más rápidas que con los sistemas tradicionales.

Potencia de cálculo y hardware

Procesador (CPU)	Dado que las herramientas de IA a menudo requieren una gran potencia de cálculo, el PC industrial debe estar equipado con una CPU potente. Para las aplicaciones de aprendizaje profundo, los procesadores multinúcleo son especialmente ventajosos, ya que permiten cálculos paralelos eficientes.
Tarjeta gráfica (GPU)	Una GPU de alto rendimiento es esencial para el procesamiento de imágenes, especialmente en aplicaciones de IA y aprendizaje profundo. Las GPU proporcionan la potencia de cálculo necesaria para acelerar eficazmente el aprendizaje automático y el procesamiento de imágenes en paralelo.
Unidad de procesamiento neuronal (NPU)	Una NPU es un módulo de hardware especializado diseñado específicamente para acelerar los cálculos en redes neuronales y modelos de aprendizaje automático. Está especialmente optimizada para la inteligencia artificial, especialmente el aprendizaje profundo y los procesos de inferencia. Las NPU aumentan la eficiencia y la velocidad de las aplicaciones de IA al asumir las tareas informáticas típicas de las CPU y las GPU, pero con un rendimiento significativamente mayor y, al mismo tiempo, una mejor eficiencia energética. Esta eficiencia energética mejorada genera menos pérdidas de potencia que las GPU, lo que es especialmente importante en el entorno industrial, donde se suele utilizar la refrigeración pasiva.
RAM y memoria	Una memoria RAM suficiente (de al menos 16 GB, idealmente de 32 GB o más) es fundamental para procesar grandes cantidades de datos de forma eficiente. En particular, los datos de imagen de las cámaras requieren mucha memoria, ya que se analizan en la RAM mediante algoritmos y aplicaciones de IA. A menudo, se ejecutan en paralelo muchas fuentes de imágenes y evaluaciones, lo que aumenta aún más la necesidad de memoria. Además, los modelos de IA crecen continuamente y requieren cada vez más capacidad. Para un acceso rápido a los datos, es preferible utilizar unidades de estado sólido (SSD).

Además del la potencia de cálculo y los componentes de hardware, también es crucial el uso de aceleradores de software de IA. En comparación con las soluciones de software tradicionales, se pueden alcanzar unos factores de aceleración entre dos y tres, lo que aumenta significativamente el rendimiento del sistema. Para un procesamiento óptimo en tiempo real, es esencial una estrecha coordinación entre el software y el hardware para garantizar unos tiempos de proceso más cortos posible.

Procesador (CPU)
Dado que las herramientas de IA a menudo requieren una gran potencia de cálculo, el PC industrial debe estar equipado con una CPU potente. Para las aplicaciones de aprendizaje profundo, los procesadores multinúcleo son especialmente ventajosos, ya que permiten cálculos paralelos eficientes.
Tarjeta gráfica (GPU)
Una GPU de alto rendimiento es esencial para el procesamiento de imágenes, especialmente en aplicaciones de IA y aprendizaje profundo. Las GPU proporcionan la potencia de cálculo necesaria para acelerar eficazmente el aprendizaje automático y el procesamiento de imágenes en paralelo.
Unidad de procesamiento neuronal (NPU)
Una NPU es un módulo de hardware especializado diseñado específicamente para acelerar los cálculos en redes neuronales y modelos de aprendizaje automático. Está especialmente optimizada para la inteligencia artificial, especialmente el aprendizaje profundo y los procesos de inferencia. Las NPU aumentan la eficiencia y la velocidad de las aplicaciones de IA al asumir las tareas informáticas típicas de las CPU y las GPU, pero con un rendimiento significativamente mayor y, al mismo tiempo, una mejor eficiencia energética. Esta eficiencia energética mejorada genera menos pérdidas de potencia que las GPU, lo que es especialmente importante en el entorno industrial, donde se suele utilizar la refrigeración pasiva.
RAM y memoria
Una memoria RAM suficiente (de al menos 16 GB, idealmente de 32 GB o más) es fundamental para procesar grandes cantidades de datos de forma eficiente. En particular, los datos de imagen de las cámaras requieren mucha memoria, ya que se analizan en la RAM mediante algoritmos y aplicaciones de IA. A menudo, se ejecutan en paralelo muchas fuentes de imágenes y evaluaciones, lo que aumenta aún más la necesidad de memoria. Además, los modelos de IA crecen continuamente y requieren cada vez más capacidad. Para un acceso rápido a los datos, es preferible utilizar unidades de estado sólido (SSD).

Hardware robusto para controladores de alto rendimiento

Para que la instalación sea estable y fiable, el controlador debe soportar las altas exigencias que imponen los entornos industriales.

Generación de calor y refrigeración: La alta potencia de cálculo requiere una disipación eficiente del calor para evitar el sobrecalentamiento y los fallos del sistema. Los controladores industriales suelen estar equipados con tecnologías de refrigeración especializadas o incluso tienen diseños sin ventiladores que son especialmente adecuados para entornos polvorientos y sucios, a la vez que reducen el mantenimiento.

Para aprovechar al máximo un PC industrial para el procesamiento industrial de imágenes con herramientas de IA, se deben tener muy en cuenta los requisitos de hardware, como una CPU, GPU, NPU de alto rendimiento, suficiente RAM y memoria rápida, así como la compatibilidad del software y las interfaces. Es fundamental la correcta elección de un sistema robusto y fiable que se integre a la perfección en el entorno industrial y se pueda ampliar e integrar de forma flexible.

Uso flexible de los controladores de visión artificial

Un controlador de visión artificial es un componente de un sistema de procesamiento de imágenes. Un sistema de procesamiento de imágenes completo incluye, además del controlador de visión artificial, los siguientes componentes que ofrece wenglor:

Software de procesamiento de imágenes uniVision

Sensores de perfiles 2D/3D

Cámaras de visión artificial

Tecnología de iluminación

Lentes

Filtros para lentes

Posibilidades de uso de los controladores de visión artificial

Controladores de visión artificial con cámaras de visión artificial

Inspección visual de la calidad al final de la línea de los bloques de motor

En la fabricación de motores dentro de la industria automovilística, se debe llevar a cabo un control de calidad visual y totalmente automático al final de cada línea de producción. De este modo, se evita que los motores defectuosos salgan de la cinta.

Control de etiquetas en los paquetes de queso de untar

En el llenado de diferentes tipos de queso para untar, es necesario asegurarse de que se coloca la tapa y el logotipo correctos en cada envase. Dado que las variedades se cambian varias veces al día, no se pueden confundir la tapa y el contenido.

Inspección visual de la calidad de puertas interiores de turismos

En la industria automovilística, la calidad de los diferentes componentes de las puertas interiores de los automóviles, como los elevalunas o los reposabrazos, se debe comprobar visualmente en los distintos tipos de puertas. Para ello, se instala un sistema de visión que consta de varias cámaras, lentes, iluminaciones y una unidad de control.

Controladores de visión artificial con sensores de perfiles 2D/3D

Medición de la anchura de flejes de acero

Control de la altura y la anchura de los productos de panadería

En la elaboración de productos de panadería con glaseado de chocolate, durante el control de calidad se debe determinar la altura y la anchura exactas de cada una de las unidades producidas. Para ello, se instala un sensor de perfiles 2D/3D por encima de la cinta transportadora con un amplio rango de medición que mide con una precisión de micras todas las galletas en todo el ancho de la banda.

Medición de bordes de parqué de colocación rápida

En la fabricación de parquet de colocación rápida, la calidad de la geometría de las tablas debe garantizarse de forma continua. Cuanto más precisos sean los bordes de encaje, mayor será la calidad. Sin embargo, con el paso del tiempo, las herramientas de fresado utilizadas se deterioran, lo que provoca un desperdicio de material.

Comparación de productos

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