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Las operaciones de fabricación y logística actuales requieren el tipo de información detallada que proporcionan los sensores 3D y tanto los algoritmos de software como los entornos de trabajo industriales y los casos de uso exigen cada vez más capacidades 3D, incluida la robótica guiada por visión (VGR por sus siglas en inglés).

Así lo indican las cifras: el 65% de los líderes del sector de almacenamiento tiene previsto implementar soluciones de visión artificial y sensores móviles en carretillas elevadoras y robots entre los próximos 1 y 5 años. El objetivo es claro: asegurar el cumplimiento de los niveles de servicio, preparar los pedidos con mayor eficacia, así como mejorar la precisión de los pedidos y los procesos de salida.

Y en el sector de la fabricación vemos ejemplos reales de empresas que utilizan soluciones 3D para obtener una mejor visibilidad de sus activos y automatizan de forma inteligente las operaciones de inspección y clasificación como las siguientes:

Los fabricantes de alimentos de origen marino lograron índices de inspección visual cercanos al 100% de precisión utilizando un sensor de perfil 3D como parte de un sistema de clasificación y selección por visión artificial. En un ejemplo, se procesan hasta 20 toneladas de atún congelado por hora según la especie, el tamaño y la calidad para los clientes.

Los fabricantes de equipos originales para automóviles lograron una reducción del 10-15 % en la tasa de defectos en sus procesos de inspección de calidad utilizando una solución basada en hardware de sensores 3D de doble cámara y láser único y software de IA de un socio. El sistema de visión escanea elementos como las puertas de los coches, captura miles de puntos de datos y los convierte en representaciones muy detalladas en forma de nube de puntos y mapas de profundidad para la inspección de defectos.

Cabe preguntarse, ¿qué tipo de tecnología 3D es la adecuada para un caso de uso concreto? Si bien existen varias técnicas de imagen que dominan el ámbito de la imagen 3D, cada una de ellas ofrece ventajas únicas adaptadas a retos industriales específicos, al tiempo que presenta ventajas e inconvenientes inherentes. Hay una amplia gama de métodos de detección, pero me centraré en la triangulación láser y los enfoques de luz estructurada y paralela.

Triangulación láser
La triangulación láser proporciona una precisión y fiabilidad excepcionales para el escaneo industrial. El sistema consiste en proyectar una línea láser sobre un objetivo mientras una cámara evalúa la geometría del láser reflejado para determinar la profundidad. Las curvaturas que se generan en la línea láser siguen el contorno de un objeto y un sensor de imagen captura estas curvas como una serie de perfiles a medida que el objeto atraviesa el campo de visión (FoV) del sensor.

Mediante el análisis de estos perfiles, el sistema genera diversos tipos de datos 3D, incluidos perfiles, mapas de profundidad y nubes de puntos. Esta técnica es especialmente eficaz en situaciones que requieren un escaneo de alta velocidad y precisión, como las inspecciones de cintas transportadoras para el control de calidad y la detección de defectos.
La capacidad de la triangulación láser para crear densas nubes de puntos 3D la convierte en una solución idónea para tareas de medición dimensional y para perfiles geométricos complejos. Por ejemplo, el sector de la fabricación de dispositivos médicos y el montaje electrónico dependen de la triangulación láser para inspeccionar piezas pequeñas mecanizadas y garantizar tolerancias precisas.

Como alternativa, el sistema puede escanear objetos fijos moviendo el perfilador a través del objetivo, lo que permite un análisis detallado de elementos más grandes o estáticos. Los recientes avances en la tecnología de triangulación láser han abordado retos clave como las oclusiones ópticas y la precisión de los datos.
Los diseños de doble cámara y láser único, por ejemplo, mejoran la cobertura del escaneo al reducir los vacíos y las lagunas en los datos, al tiempo que ofrecen flexibilidad operativa. Dependiendo de la aplicación, estos sistemas pueden funcionar en modo sincrónico para maximizar la calidad de reproducción de las imágenes o en modo alternativo para duplicar eficazmente la velocidad de escaneo.

Luz estructurada
La imagen 3D con luz estructurada es similar a la triangulación láser, ya que generalmente utiliza una o dos cámaras colocadas en ángulo oblicuo con respecto a una fuente de luz. Las cámaras capturan y descodifican las distorsiones en un patrón de luz proyectado causadas por la topología de la superficie del objeto que se está escaneando.

Esta técnica se basa en una fuente de luz LED o láser para proyectar patrones (como puntos, líneas o patrones codificados más complejos) sobre la superficie del modelo. A medida que la superficie del modelo deforma el patrón, la cámara o cámaras capturan imágenes de estas distorsiones y los algoritmos reconstruyen la geometría 3D de la superficie del objeto.

La luz estructurada es conocida por su alta resolución y precisión, especialmente en aplicaciones de corto alcance, donde es fundamental capturar detalles muy precisos. Por ejemplo, esta tecnología se utiliza a menudo en tareas de control de calidad, como la identificación de defectos en superficies complejas o la medición de componentes pequeños con una precisión submilimétrica.

Sin embargo, los sistemas tradicionales de luz estructurada tienen dificultades con los artefactos de movimiento al escanear objetos en desplazamiento, lo que los hace menos adecuados para flujos de trabajo de alta velocidad en los que la precisión y el rendimiento son factores igualmente importantes.

Luz estructurada paralela
Los avances en la tecnología de luz estructurada, como el uso de luz estructurada paralela, han solucionado estas limitaciones al permitir la obtención de imágenes 3D precisas de objetos en movimiento. Los sistemas de luz estructurada paralela utilizan sensores especializados, como los sensores mosaicos de semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS), que permiten la adquisición en una sola toma de objetos dinámicos con alta resolución. Estos sistemas también proporcionan un amplio rango y campo de visión, lo que permite el escaneo versátil de objetos tanto pequeños como grandes.

Además, lo positivo de la luz estructurada es que tiene una amplia posibilidad de aplicación en diferentes sectores, por ejemplo:

Automoción: para realizar inspecciones de holguras y alineaciones, detección de defectos en piezas estampadas/moldeadas.

Fabricación: inspección de la calidad del tratamiento de componentes pequeños y detallados, como dispositivos médicos o conjuntos electrónicos.

Logística: despaletización y medición de artículos de diversos tamaños para optimizar los procesos de manipulación y envío.

Robótica y automatización: apoyo a tareas de automatización colaborativa, como guiar brazos robóticos en operaciones de recogida y colocación o inspeccionar objetos en movimiento en sistemas de transporte.

Pierantonio Boriero, Senior Manager, Machine Vision, Zebra Technologies