Implementación de un sistema de medición del diámetro, posición y orientación de objetos circulares mediante visión artificial en dispositivo portátil de bajo coste

Abstract

A medida que la tecnología avanza, crecen sus aplicaciones y con ello cada vez existen más procesos en la industria que pueden ser automatizables. Se van aplicando sistemas que son capaces de controlar procesos más complejos, y aunque en la mayoría de los casos el coste directo de la automatización sea elevado económicamente, trae consigo mejoras en la producción y la capacidad de las líneas, así como en la calidad del producto. Se ha matizado que en la mayoría de los casos es económicamente costoso, puesto que el precio de los componentes también disminuye y se es capaz de encontrar soluciones con un presupuesto más ajustado. Este proyecto se ha desarrollado con la premisa de desarrollar un prototipo que asista a la automatización con un precio muy contenido. El proyecto trata sobre la creación de un dispositivo portátil de bajo coste con la capacidad de conocer la disposición y dimensiones de un disco en el espacio. Esto es muy útil, ya que, por ejemplo, sería capaz de trabajar en sintonía con robots industriales, aunque tendrá también otras utilidades. Esto se realizará mediante triangulación activa a través de una cámara asistida por una línea láser proyectada desde el dispositivo. El prototipo contará con un hardware diseñado para albergar todos los componentes en un espacio reducido y estará compuesto por una Raspberry Pi, una pantalla táctil, una cámara, un proyector de línea láser y alimentación integrada. Todo esto en un único dispositivo con una carcasa creada específicamente para albergar estos componentes, la cual se ha realizado mediante software CAD y se ha llevado a cabo a través de fabricación aditiva. Cuenta con una interfaz gráfica a través de Python para la toma de datos, siendo en esta visible la cámara y los resultados obtenidos. Posee una botonera manipulable a través de la pantalla táctil con opciones para tomar mediciones instantáneas y mediciones de imágenes desde archivo. La implementación del software se ha llevado a cabo mediante Python y OpenCV. Se basa en el filtrado de las imágenes tomadas desde la cámara, combinando imágenes con láser y sin láser. Para esto se ha realizado la calibración tanto de la cámara como del plano láser. Con la utilización de un láser en un proyecto de visión artificial se puede realizar triangulación activa y conseguir a través de una imagen en 2D las posiciones del disco detectado en 3D. Conocer la posición de un objeto en el espacio tridimensional no es una tarea sencilla, y para ello se aplicarán propiedades de los círculos en el espacio 3D y sus proyecciones como elipse en el espacio 2D. El resultado del proyecto es un prototipo portátil y funcional con un precio reducido.

As technology advances, its applications grow and with it there are more and more processes in the industry that can be automated. Systems are being applied that are capable of controlling more complex processes, and although in most cases the direct cost of automation is economically high , it brings with it improvements in production and line capacity, as well as in the quality of the product. It has been clarified that in most cases it is economically expensive, since the price of the components also decreases and it is possible to find solutions with a tighter budget. This project has been developed with the premise of developing a prototype that assists in automation with a very contained price. The project deals with the creation of a low-cost portable device with the ability to know the layout and dimensions of a disk in space. This is very useful, since, for example, it would be able to work in tune with industrial robots, although it will also have other uses. This will be done by active triangulation through a camera assisted by a laser line projected from the device. The prototype will have hardware designed to house all the components in a small space and will consist of a Raspberry Pi, a touch screen, a camera, a laser line projector and integrated power. All this in a single device with a housing specifically created to house these components, which has been made using CAD software and has been carried out through additive manufacturing. It has a graphical interface through Python for data collection, with the camera and the results obtained being visible. It has a button panel that can be manipulated through the touch screen with options to take instant measurements and image measurements from the archive. The implementation of the software has been carried out using Python and OpenCV. It is based on filtering the images taken from the camera, combining laser and non-laser images. For this, the calibration of both the camera and the laser plane has been carried out. With the use of a laser in an artificial vision project, active triangulation can be carried out and the positions of the detected 3D disk can be obtained through a 2D image. Knowing the position of an object in three-dimensional space is not an easy task, and for this, properties of circles in 3D space and their projections in 2D space as ellipses will be applied. The result of the project is a portable and functional prototype with a reduced price.