Inspección

Iluminación multiespectral para inspeccionar el cuerpo de vidrio

Brian Ensinger* comenta cómo Applied Vision diseña soluciones de iluminación multiespectral para controlar el cuerpo de los envases de vidrio a fin de ayudar a los fabricantes a trabajar con rapidez y eficiencia.

Applied Vision Corporation diseña soluciones de iluminación multiespectral para todo tipo de envases desde 1997. Como una de las primeras empresas en utilizar fuentes de luz de diodos emisores de luz (led) programables y multiespectrales, y cámaras de color en beneficio de la inspección de contenedores, Applied Vision ha desarrollado un enfoque que permite que los sistemas de visión detecten y procesen defectos transparentes, opacos y de otras categorías a partir de un único patrón de iluminación en el que cada defecto tiene su propia luz filtrada óptima, creando así la mejor firma de defectos para su detección.

El uso de la iluminación en color para revisar envases de vidrio puede darles a las fábricas una solución personalizable cuando deben enfrentarse a los defectos inducidos por el proceso y a la creciente complejidad de los envases, especialmente los de alimentos y bebidas. Esto llevó a Applied Vision a diseñar la estación de inspección Volcano, totalmente programable en términos de intensidad, selección de color y geometría del patrón. También utiliza los ledes de color de mayor calidad disponibles, lo que mejora la detección y el reconocimiento de los defectos junto con una mejor clasificación de los mismos, para examinar tanto la parte superior e inferior como el cuerpo del envase, independientemente de si hay gofrados marcados, el color del vidrio o incluso el espesor del envase. Junto con las cámaras en color de alta resolución, las lentes y la óptica, el potente software y los algoritmos de autoaprendizaje, los ingenieros de planta y los responsables de control de calidad obtienen la capacidad de mejorar o «afinar» las imágenes antes de aplicar las inspecciones, lo que favorece una mayor eficacia y coherencia operativa. para un defecto concreto de interés y, al mismo tiempo, trabajar para minimizar el impacto negativo en otras inspecciones que se están realizando. Como consecuencia, configurar la máquina se vuelve más complicado y requiere más tiempo, a la vez que disminuye la capacidad para detectar ciertos defectos, lo que puede dar lugar a más rechazos falsos o a que los envases defectuosos pasen desapercibidos.

Para Applied Vision, ayudar a las empresas a evitar hacer concesiones y a implementar una inspección del cuerpo eficaz en sus líneas de producción ha sido un área de interés durante décadas. En la actualidad, la inspección del cuerpo de los envases es una prioridad para los fabricantes de vidrio que desean garantizar la calidad y reducir costes en medio de la creciente demanda mundial de envases para alimentos y bebidas. Al seguir desarrollando herramientas y enfoques patentados propios, Applied Vision pretende ofrecer la próxima generación de soluciones «sin contacto» para la iluminación multiespectral de las superficies del cuerpo de vidrio.

� Fig. 1. La iluminación multiespectral pone el color al servicio de los fabricantes de envases de vidrio para que puedan optimizar la precisión, la velocidad y eficacia de las inspecciones del cuerpo de los envases.

Los defectos requieren diferentes enfoques

Todos los defectos de los envases de vidrio requieren una geometría de iluminación y una configuración óptica distintas para optimizar la exactitud y la precisión de la detección, y minimizar al mismo tiempo los falsos rechazos. Es decir que se deben desarrollar la fuente de iluminación y la geometría de la iluminación de manera tal que se pueda detectar la mayor cantidad posible de defectos en la superficie del envase, dentro del envase y por debajo de la superficie (algunos defectos son fácilmente detectables y otros no tanto). Esto también depende de dónde ocurra el problema (Fig. 1).

En el pasado, como se utilizaban técnicas de iluminación, cámaras y geometrías tradicionales, a menudo ha sido necesario dar prioridad a un tipo de detección de defectos en detrimento de otro. Básicamente, el usuario debe optimizar la iluminación y los ajustes

Por delante de la curva

Con el enfoque patentado de Applied Vision para realizar inspecciones de color por visión artificial se consigue combinar muchas detecciones de defectos en el cuerpo en una única solución que ayuda a reducir las tasas de falsos rechazos. Esta metodología mejora los enfoques tradicionales, en los que los defectos compiten (a menudo sin éxito) por la geometría óptima de la iluminación, las lentes, la óptica, y la resolución de la cámara dentro de la estación de inspección.

Mediante el uso de cámaras color de alta resolución y una geometría configurable

Fig. 2 y Fig. 3. El módulo de iluminación multiespectral de Applied Vision se ofrece en el sistema Volcano para realizar la inspección del cuerpo de los

� envases. Este sistema facilita el trabajo en los envases de vidrio muy decorados, sin contacto ni rotación.

de ledes multiespectrales controlados por software, los contornos del envase de vidrio que se está visualizando hacen que se reflejen diferentes colores de luz en la cámara. Applied Vision diseñó un sistema que incorpora 16 cámaras de color equidistantes y una geometría de imagen totalmente calibrada. Esta configuración óptica también utiliza un principio de lente para corregir la distorsión de la perspectiva en las fotografías.

Dentro de la estación de inspección, las ópticas están ubicadas de manera tal que hay un rayo horizontal de cámaras inferiores en la base de los envases (con una visión paralela a la vista de la cinta transportadora) y un rayo horizontal de cámaras superiores en el acabado (viendo directamente a través de la parte superior del envase), lo que ayuda a garantizar que toda la imagen será nítida y estará enfocada con capacidades en las zonas del talón y la picadura del envase (Figuras 2 y 3). Ubicar cada uno de los iluminadores de forma perpendicular al rayo central de la cámara también reduce las sombras y permite una cobertura completa del envase en todos los puntos de vista.

La geometría de la imagen, que no se basa en ópticas plegables sensibles, está diseñada para minimizar la distancia de separación entre las cámaras y la superficie que se inspecciona.

Además, el ángulo de imagen que ofrecen las cámaras superiores facilita una mejor inspección de las regiones del hombro del envase.

Como resultado, se puede producir un número casi infinito de imágenes en color filtradas a partir de una sola imagen, que luego se utiliza para la inspección de defectos específicos.

Dentro de este ámbito se encuentran los defectos opacos que suelen ser inclusiones (piedras y trozos de refractario, por ejemplo), así como los defectos transparentes que van desde ampollas y burbujas hasta puntos y grietas. En la solución de inspección de cuerpos Volcano se incluyen cámaras específicas para las tensiones internas que utilizan polarizadores circulares (como los que se utilizan en los equipos de laboratorio).

La inspección dimensional, por su parte, se ocupa del ángulo, el ángulo de la llenadora, la altura, el diámetro y el acabado del tapón y el cuello (medidas dimensionales estándar «E» y «T»), ya que la máquina «ve» la forma y el tamaño ideales del envase trazados por su diseño. Una iluminación óptima para la detección de bordes es importante para las inspecciones dimensionales para no comprometer otras inspecciones. Se pueden lograr todas las detecciones de defectos que aquí se señalan utilizando la iluminación multiespectral dentro de una fábrica de vidrio en líneas que funcionan a velocidades típicas de producción.

Esto es posible, en parte gracias a otras tecnologías de inspección integradas en la estación desarrolladas por Applied Vision que aportan una arquitectura de software novedosa y algoritmos de aprendizaje para resolver los problemas que les cuestan tiempo y dinero a los fabricantes. Un breve vistazo a estas capacidades incluye lo siguiente: � Una herramienta de software «centinela» que resalta las zonas de la imagen en color que se desvían del modelo estadístico establecido para un envase de vidrio en particular. Estas zonas anómalas son posibles defectos. La herramienta aprende lo que es normal y lo que no mediante el entrenamiento sobre un gran número de envases. Aprende el aspecto del envase y la variación de aspecto que se puede esperar. Cabe destacar que no es necesario que los envases del grupo de entrenamiento sean perfectos. Más bien, puede haber una distribución típica de envases, incluso los que presentan defectos. � Clasificación de defectos que utiliza un algoritmo denominado el «clasificador de gotas». Los ingenieros de planta y los responsables de control de calidad quieren saber con exactitud qué defectos se producen y con qué frecuencia. Esta herramienta localiza y organiza por categorías a las anomalías, clasificándolas según su gravedad. Después aplica criterios que ajusta el usuario para identificar cuáles anomalías (si las hubiere) son defectos. Si se identifican defectos, se rechaza el envase. � Una herramienta de geometría de botellas que básicamente aprende, localiza y registra el cuerpo en la imagen de forma automática, quitando la ardua tarea de la configuración de la ubicación al operario de la máquina. Una vez que se ha establecido una secuencia de inspección, se la puede guardar y recuperar para ser utilizada en el futuro cuando se vuelva a usar ese envase o como punto de partida para productos similares. A medida que se registran las imágenes, se puede utilizar una gran biblioteca de algoritmos para inspeccionar los defectos en estas imágenes procesadas. La diferencia con respecto a muchas otras tecnologías de visión artificial es que se asigna a cada inspección puntual un filtro de color específico que proporciona el mejor contraste y la mejor señal para la detección.

Los algoritmos de inspección de Applied Vision son de los más rápidos del sector, lo que permite procesar un enorme volumen de imágenes y tomar decisiones en poco tiempo. Al mismo tiempo, al aprovechamiento de todo el espectro de colores en beneficio de la inspección del cuerpo mejora en gran medida

la capacidad de rechazar los envases defectuosos y proporcionar información al «hot-end».

Las soluciones de iluminación multiespectral de Applied Vision cumplen la misión de la empresa de ofrecer una inspección sin contacto de los envases de vidrio a lo largo del proceso de fabricación. La manipulación y la rotación de los envases generan pérdidas de material y, en algunos casos, limitan la velocidad y la capacidad de la línea.

Una inspección sin contacto puede proporcionar un aumento sustancial de la velocidad de la línea y de la eficiencia de la disposición, una mejora de los rendimientos al reducir las pérdidas asociadas a la rotura de los envases, una disminución del consumo de energía y una mejora drástica de los tiempos de cambio de trabajo. Además, al no ser necesario coger o sostener los envases para girarlos, se libera espacio de fabricación y se reducen los costes de mantenimiento.

En la actualidad, las tecnologías de inspección por visión artificial con todo el espectro de prestaciones de color, software con muchas funciones, y algoritmos de aprendizaje profundo, están ayudando a que los fabricantes de envases de vidrio puedan desplegar soluciones eficaces para la inspección del cuerpo de los envases a las velocidades de línea. Para la industria de alimentos y bebidas, hay muchos beneficios por explorar. �

* Jefe de línea de productos, Inspección de vidrio, Applied Vision Corporation, Ohio, EE. UU. www.appliedvision.com

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Para asegurar una alta fiabilidad y disponibilidad, solo se utilizan elementos constructivos probados y se consiguen con facilidad. Las Figuras 3 y 4 muestran el melter híbrido de FS comparado con un melter eléctrico «cold-top» con un techo plano, suspendido.

Conclusiones

Los melter híbridos pueden lograr reducir considerablemente las emisiones de CO2. con facilidad. Sin embargo, el diseño de los melter híbridos debe regirse por algunas cuestiones fundamentales que lleven a un concepto de diseño sólido. FS ha desarrollado dicho concepto.

Los estudios de diseño detallados confirman la escalabilidad de este diseño de depósito a capacidades de producción muy altas. Los estudios detallados de modelización confirman una gran flexibilidad en la producción (color del vidrio, calcín, cambios de tirada, entrada de boosting) con bajos consumos específicos. La baja carga específica del boosting eléctrico y las limitadas temperaturas de fusión garantizan largos periodos de funcionamiento para este diseño de melter híbrido.

Por otra parte, para las capacidades de fusión más pequeñas, los melter «cold-top» totalmente eléctricos suelen ser una solución sencilla para conseguir cero emisiones de CO2 en los depósitos, si se implementa un control de funcionamiento y unos programas de producción adaptados a la fusión totalmente eléctrica. �

Referencias:

1. W. Kuhn, A. Reynolds IGC Boston 2019. 2. Ross&Stewart, Glass Ind. 1978. 3. W. Kuhn et al. GPC 80 Ceram. Trans 2021; Muijsenberg et al. GPC 80, Ceram. Trans. 2021, R. Nebel GPC 81 GMIC symp. 2020, W. Kuhn GPC 81 GMIC symp. 2020. 4. W. Kuhn GPC 77, Ceram. Trans. 2018. 5. S. Chakravarti et al. GPC 81 Ceram. Trans. 2021.

* Jefe Experto en Proceso del Vidrio, Maisons-Alfort, Francia www.fivesgroup.com