VISIÓN ARTIFICIAL PARA LA INDUSTRIA DEL MUEBLE Y AFINES

VISIÓN ARTIFICIAL PARA LA INDUSTRIA DEL MUEBLE Y AFINES

I+D Y TRANSFERENCIA DE RESULTADOS
VISIÓN ARTIFICIAL
PARA LA
INDUSTRIA DEL
MUEBLE Y AFINES
La visión artificial desarrolla sistemas que obtienen información a partir de imágenes. Las tecnologías de visión
artificial resultan de gran valor en la inspección de piezas o componentes en líneas de fabricación o montaje.
En el sector del mueble, la aparición de defectos en superficies acabadas de madera o de materiales derivados
constituye un problema que ocasiona grandes pérdidas económicas, pues a menudo estos defectos no se detectan
a tiempo. Hasta el momento, dichas superficies se inspeccionan visualmente, lo cual enlentece la producción y
aumenta los costes de fabricación y del control de calidad. AIDIMA coordina e impulsa este proyecto consorciado
de visión artificial para la industria del mueble y afines, denominado VAMAD.
12
Miguel Ángel Abián / José Vicente Oliver
Dpto. de Biotecnología y Tecnología de la Madera
[email protected]
El objetivo general del proyecto es diseñar, implementar
y probar un sistema de visión artificial que detectará automáticamente defectos en las superficies de madera y
derivados (tableros contrachapados, aglomerados, alistonados, de fibras MDF, melaminizados, estratificados,
etc.). Asimismo, el sistema clasificará las piezas en la
línea de producción, atendiendo a su calidad. La clasificación automática en línea evitará la costosa comprobación visual de las piezas y permitirá corregir el proceso
de producción anulando la causa del problema (por ejemplo, un barniz demasiado viscoso o una presión excesiva
sobre las chapas), evitando así que se generen más productos defectuosos.
En el caso de las superficies acabadas -pintadas, barnizadas o lacadas- no existen sistemas comerciales de visión
artificial que detecten todos los defectos: cráteres, burbujas, arrugas, cuarteamientos, descuelgues, escamas,
goteos, velados, centelleos, caleos, escarchados, amarilleos, piel de naranja, agrisado de poros… Esto se debe
a la dificultad que supone inspeccionar esas superficies,
cuyos defectos sólo pueden detectarse correctamente si
la superficie de interés se estudia desde distintas direc-
Figuras 1, 2 y 3
© 2008, AIDIMA
ciones de iluminación. En las figuras 1, 2 y 3 se muestran
algunos de los defectos citados antes.
Para abordar el problema de la inspección de superficies
acabadas de madera y de materiales derivados, se presentó al programa Consorcia (Fomento de la investigación
técnica para proyectos consorciados) del Ministerio de
Industria, Turismo y Comercio un proyecto de visión artificial avanzada orientada al sector de la madera y afines
(rechapadores, fabricantes de tableros acabados, fabricantes de mobiliario, etc.). El programa Consorcia tiene
como fin fomentar la cooperación entre centros tecnológicos de distintas comunidades autónomas para desarrollar proyectos de I+D+i. En el proyecto, denominado
VAMAD (Visión Artificial aplicada a la Madera), participan
AIDIMA, CETEM (Centro Tecnológico de la Madera de la
Región de Murcia), AIDO (Instituto Tecnológico de Óptica,
Color e Imagen) y AIN (Asociación de la Industria Navarra).
VAMAD fue uno de los 6 proyectos consorciados aprobados por el Ministerio en 2007, de un total de 32 presentados. AIDIMA es el centro coordinador e impulsor
del proyecto. Éste, de tres años de duración, tiene un
coste previsto de 1,57 millones de euros, y está financiado
al 50 por ciento por el programa Consorcia. La página
web del proyecto es http://www.aidima.es/vamad.
Una de las tareas de AIDIMA y CETEM en el proyecto
consiste en fabricar muestras defectuosas para “entrenar”
y probar el sistema de visión artificial, utilizando una
amplia variedad de substratos y acabados. De esta manera, ambos centros contribuirán a que el proyecto considere todos los defectos que aparecen en los procesos
industriales de acabado. Asimismo, se visitará a empresas
del sector para recabar información sobre los defectos
más frecuentes y el perjuicio económico que causan.
En la figura 4 puede verse el resultado de una encuesta
a las empresas del sector, realizada por el Departamento
de Materiales de AIDIMA. Según la doctora Rosa Pérez,
directora del departamento, los problemas observados
se encuentran muy repartidos entre los distintos defectos.
Aun así, puede deducirse que hay cuatro razones principales que originan los defectos: falta de extensibilidad
(cráteres y piel de naranja), debida tanto a las condiciones
del soporte como del producto aplicado; falta de elasticidad del producto o de excesivo movimiento del soporte
(grietas); problemas en la aplicación (granizados y descuelgue), relacionados con la viscosidad del producto y
su tixotropía; falta de aireación a través del espesor de
la película de recubrimiento (burbujas), bien debida al
tipo de soporte, bien a la viscosidad del producto o la
rapidez en su curado. Obviamente, con un buen ánalisis
de estos defectos se pueden corregir las causas y con
ello mejorar la calidad de la superficie.
A lo largo de todo el proyecto, AIDIMA y CETEM colaborarán con los otros centros tecnológicos para asegurar
la aplicación industrial del sistema de visión artificial. El
objetivo de ambos centros es conseguir un sistema enfocado a la industria del mueble y afines, de fácil manejo;
Figura 4
no quedarse en un prototipo de laboratorio incapaz de
funcionar en condiciones industriales (con ruido, vibraciones, polvo, cambios de las condiciones de iluminación).
Las nuevas técnicas de visión artificial que se usarán
en el proyecto analizan las superficies acabadas mediante
series de imágenes en las que cada imagen se toma con
un ángulo de iluminación. Analizar cada serie como un
todo y no como una sucesión de imágenes individuales
resulta imprescindible: la información de interés sobre
los defectos no está contenida en cada imagen, sino también en las relaciones entre ellas. De cada serie de imágenes se extrae un conjunto de características invariantes.
Estas características consisten en vectores numéricos
que resultan de aplicar distintas operaciones matemáticas
a las imágenes, operaciones formuladas para no alterar
sus resultados ante ciertas transformaciones de la imagen.
I+D Y TRANSFERENCIA DE RESULTADOS
El sistema de visión artificial que se desarrollará en el
proyecto se basa en técnicas innovadoras de visión artificial desarrolladas por el Área de Sistemas Distribuidos
de Medición (VMS) de la Universidad Politécnica de
Munich (Technische Universität München) y AIDIMA.
CETEM colaborará en el proyecto aportando su conocimiento sobre control de calidad de superficies de mobiliario; mientras que AIDO y AIN participarán en la creación
de un prototipo industrial y colaborarán con AIDIMA en
su implantación en varias empresas, de manera que el
nuevo sistema no se quede en una experiencia de laboratorio.
Inteligencia artificial
Posteriormente, los vectores numéricos obtenidos para
cada serie de imágenes se introducen en un sistema de
aprendizaje supervisado, que decidirá a qué clase pertenece la pieza (pieza correcta, pieza con cráteres, con
burbujas, con piel de naranja, etc.). El aprendizaje supervisado es una rama de la Inteligencia Artificial, disciplina
cuyo objetivo consiste en desarrollar técnicas que permitan a los ordenadores aprender y resolver problemas. En
los programas y algoritmos de aprendizaje supervisado
se generalizan comportamientos a partir de información
no estructurada o falta de organización, que se suministra
mediante casos concretos. El entrenamiento de los sistemas basados en aprendizaje supervisado se realiza mediante ejemplos de entrada-salida, que el sistema aprende
a asociar. En el proyecto, durante la fase de entrenamiento
del sistema de aprendizaje supervisado, a éste se le
“enseñará” qué es un cráter introduciéndole como entrada series de imágenes de cráteres, qué es una burbuja,
y así sucesivamente.
La combinación de técnicas de fusión de datos con sistemas de aprendizaje supervisado es una novedad tecnológica en la industria del mueble y afines, que beneficiará a varios de sus sectores.
Beneficios para la industria española
En el sector de la madera, los resultados del proyecto
beneficiarán a los aserraderos y las fábricas de chapas,
Cráteres y poros.
© 2008, AIDIMA
13
I+D Y TRANSFERENCIA DE RESULTADOS
14
En la imagen podemos observar una muestra con dos defectos habituales que se producen tras la aplicación de los recubrimientos, el velado (arriba) y las grietas.
tanto a la plana como al desenrollo, porque dispondrán
de un sistema automático para detectar defectos en la
madera y clasificarla según su calidad, de una forma objetiva y comprobable. Este sistema aumentará la competitividad de dichas empresas porque reducirá el tiempo
que la madera tarda en incorporarse al mercado y aumentará la confianza de los compradores de la madera.
Las empresas interesadas en la detección de defectos
mediante visión artificial o en los resultados del proyecto
VAMAD pueden ponerse en contacto con AIDIMA, a través del Departamento de Biotecnología y Tecnología de
la Madera, o del correo electrónico, [email protected].
En el sector de rechapadores y de los fabricantes de
tableros acabados, el sistema de visión artificial ofrece
cuatro ventajas. Primero, reducirá las pérdidas por defectos (actualmente, los fallos de acabado no detectados
a tiempo equivalen al 15-20 por ciento del coste de las
materias primas). En segundo lugar, reducirá los accidentes laborales, pues los fallos en el acabado suelen requerir
el lijado manual de las superficies, lo que aumenta el
riesgo de accidentes. En tercer lugar, disminuirá el impacto
medioambiental de los materiales, productos y procesos
que se emplean en ese sector: la detección inmediata
de defectos en la línea de producción evitará que se sigan
generando productos defectuosos, lo cual impedirá que
se desperdicien disolventes y resinas en piezas defectuosas. Por último, permitirá que se ofrezcan productos de
alta calidad normalizada y objetiva.
Cuantiosas pérdidas económicas
En el sector del mobiliario, el sistema reducirá el volumen
de los materiales perdidos por defectos (madera, disolventes, resinas, tableros) en las empresas que realizan
el acabado por sí mismas y sustituirá a los controles de
calidad basados en inspección humana. Las empresas
que no realizan el acabado de sus productos también se
beneficiarán indirectamente del nuevo sistema de visión
artificial, pues obtendrán de sus proveedores productos
de mejor calidad y mejor clasificados.
© 2008, AIDIMA
Varios estudios de AIDIMA indican que las
dos principales causas de reclamaciones en
el sector del mueble son los defectos derivados del transporte y el deterioro en el
acabado (ambas causas suman el 80% de
las reclamaciones). Asimismo, la decisión
de compra de un determinado mueble se
debe en un elevado porcentaje (65%) a la
buena apariencia de su acabado.
Actualmente, el control de calidad de las
superficies de madera o derivados se realiza
mediante inspección visual, lo cual ralentiza
el ciclo de producción y aumenta los costes
del control de calidad. En la Unión Europea,
se calcula que las pérdidas económicas debido a la detección tardía de defectos en
superficies pintadas, barnizadas y lacadas
es de unos 50 millones de euros anuales,
que corresponden al coste del 5% de las piezas acabadas. Muchas empresas españolas
tienen entre un 10% y un 30% de reprocesos debido a defectos de acabado.