Arquitectura para el control visual de ensamblajes en Industria 4.0 basado en aprendizaje profundo

Abstract

En Costa Rica, el tipo de empresa que sobresale en el mercado es el de las Micro, Pequeñas y Medianas Empresas (MiPyMEs). Para este tipo de empresas, la calidad y consistencia de los productos son elementos diferenciadores para competir en el mercado. Además, estás empresas tiene recursos económicos limitados para implementar tecnologías que le permitan incursionar en la cuarta revolución industrial. Aunque las MiP y MEs, y en concreto las del sector manufacturero, son consideradas uno de los motores económico del país, estás entidades no suelen tener ayudas del gobierno para desarrollarse digitalmente. Esto situación nos motivó a plantear un estudio para encontrar la manera en que se puede ayudar a las MiP y MEs a mejorar los procesos de manufactura. Debido principalmente a que en este tipo de negocios se basan en trabajos manuales, con personal poco cualificado; por lo que estos elementos afectan directamente la calidad de los productos desde su concepción. Se planteó un sistema de control de calidad visual que ayude a controlar la calidad durante la fase de producción, incentivando así el desarrollo de productos de calidad. Para este propósito se plantean soluciones basadas en técnicas de Visión por computadora (CV), junto con algoritmos de Machine Learning y arquitecturas de Deep Learning. Esta tesis doctoral se inició realizando una revisión del estado del arte sobre los procesos de interacción humano-robot (HRI), sistemas de control automático de calidad en los sistemas de producción, aplicación de la CV en entornos de manufactura, utilización de arquitecturas de Deep Learningy las bases de datos de imágenes de herramientas, piezas y componentesr equeridos para la manufactura. Así como bases de datos de vídeos de acciones. El resultado del estudio sirvió como base para el desarrollo del estado del arte y el conocimiento de las técnicas actuales de Deep Learning que permiten identificar objetos y acciones; particularmente para el control de la producción con operarios. Por lo que se logró evidenciar que no existían soluciones inteligentes basada en visión que permitan controlar secuencias de ensamble en la producción manual. Tras este estudio del estado del arte, se ha propuesto una arquitectura de visión por computador, reconocimiento de objetos y acciones, además de un lenguaje descriptivo. Se compone de tres módulos principales, el primero de ellos se encarga del procesamiento visual; donde se identifican los objetos y sus ubicaciones, también se reconocen las acciones ejecutadas por el operario. El segundo módulo se encarga del procesamiento del lenguaje que describe las acciones, que va ser utilizado luego para evaluar la ejecución del operario. Y el último módulo se encarga de tomar las salidas de los dos módulos anteriores, para determinar si realmente realiza el ensamble como está estipulado. Además, la arquitectura es capaz de establecer cuáles son las acciones siguientes que debe realizar el operario, para proveerle información de las herramientas o partes que debe tomar para continuar y minimizar los errores por uso incorrecto de herramientas o partes. Es importante señalar que, además de la arquitectura, este trabajo también genera como resultado, dos bases de datos. Debido a que, durante la investigación del estado del arte tampoco se logró determinar la existen-da de bases de datos para el entrenamiento de redes para la detección de herramientas o acciones de manufactura. La primera base de datos es de imágenes de herramientas, partes y componentes comunes de manufactura y la segunda se compone de videos de acciones comunes en los procesos de ensamblaje. También se propuso la generación de un lenguaje que permite describir las acciones necesarias para un proceso de ensamble. Mediante una secuencia de manufactura descrita con este lenguaje, se puede comparar un proceso de manufactura con las instrucciones que se van detectando en tiempo real. Determinando si el operario sigue los pasos tal y como fueron diseñados por los expertos en el diseño de productos. Este lenguaje, en conjunto con el módulo de verificación de acciones, permite que el sistema genere predicciones de las siguientes instrucciones o acciones.