A nova plataforma de inspeção de IA da Instrumental aproveita as câmeras de visão de máquina Teledyne FLIR

A manufatura é responsável por cerca de US$ 40 trilhões, quase metade do total do produto bruto mundial (GWP), mas 20% de cada dólar gasto são desperdiçados, de acordo com a empresa de otimização de manufatura Instrumental.’ Isso representa um problema no valor de US$ 8 trilhões ou 10% do GWP. Fundada em 2015 por antigos engenheiros da Apple, a Instrumental desenvolveu uma plataforma de otimização e inspeção que combina software de nuvem, inspeção de visão de máquina, inteligência artificial (IA) e dados de testes eletrônicos que visam a reduzir o desperdício, permitindo que os engenheiros não só parem os problemas no final da linha de inspeção, mas também os corrijam a montante.

Obtenha mais dos seus dados, gerencie fábricas remotamente

Uma pesquisa de 2021 sobre o estado de NPI de 100 marcas de eletrônicos da Instrumental descobriu que 76% do tempo de engenharia é gasto em tarefas que são facilmente automatizadas ou que poderiam ser aceleradas com dados melhores. O desperdício de recursos de tempo de engenharia, entre outros fatores, dificulta que as marcas acompanhem a velocidade de inovação que o mercado exige. A Instrumental atua como um multiplicador de engenharia e responde a introduções remotas de novos produtos, oferecendo detecção automatizada de defeitos, análise de causa raiz, geração de relatórios, gerenciamento seguro de dados de produtos e ferramentas de colaboração nativas a qualquer momento, em qualquer lugar.

A plataforma de otimização de produção da Instrumental agrega imagens e dados de testes funcionais de toda a cadeia de suprimentos, aproveitando a inteligência artificial para classificar automaticamente as possíveis causas raiz.’ Isso permite que os clientes da Instrumental acelerem a resolução de problemas, obtenham rendimento mais rápido e melhorem a qualidade.

Durante a produção em massa, os operadores em linhas de montagem colocam os produtos nas estações de aquisição de imagens da Instrumental, pressionam um botão e aguardam de quatro a cinco segundos por uma luz verde ou vermelha. Se os produtos passarem na inspeção, a luz ficará verde e o operador enviará o produto pela linha para montagem posterior. Os operadores verificam o produto no sistema de imagem novamente entre as etapas de montagem fundamentais, fornecendo aos clientes dados de imagem valiosos, bem como resultados de aprovação/reprovação do produto em seus vários estágios.

O sistema também oferece uma interface de programação de aplicativos (API) para testes eletrônicos, medições e outros dados relevantes coletados na linha de fabricação. Essas informações estão imediatamente disponíveis no software de nuvem da Instrumental para vários usuários, como engenheiros de projeto de produtos, engenheiros de qualidade e acesso por parte de outros funcionários de operações aos resultados dos testes, juntamente com dados de imagem.’

“A Instrumental se concentra em permitir que os usuários obtenham mais de seus dados, o que lhes permite serem ágeis e gerenciar fábricas remotamente”, disse Tobias Harrison-Noonan, diretor de desenvolvimento de negócios e soluções da Instrumental. “Essa capacidade nunca foi tão importante quanto agora, considerando a grande mudança que ocorreu durante a pandemia da COVID-19, o que impediu que os engenheiros entrassem em suas fábricas.”

Como funciona

A Instrumental oferece uma estação de aquisição de imagens drop-in — sua implementação padrão e típica — além de opções personalizadas para implantação automatizada de linha de produção. Dentro da estação, uma câmera de visão de máquina colorida Teledyne FLIR, normalmente com um sensor de imagem CMOS com obturador rotativo de 20 MP. O sistema usa lentes da Edmund Optics e possui luzes de barra industriais para iluminação. Os clientes têm a opção de usar a estação da Instrumental como solução pronta para uso, com fácil instalação coordenada por equipes de especialistas nos EUA e na China. Além disso, os clientes podem usar seu próprio hardware, se quiserem.

No cenário competitivo das câmeras de visão de máquina, a Instrumental escolheu as câmeras Teledyne FLIR devido ao seu kit de desenvolvimento de software (SDK) Spinnaker. Harrison-Noonan observa: “Com base em nossa pesquisa, o SDK da Spinnaker nos pareceu extremamente acessível e bastante fácil de integrar, e estávamos certos.” “Além disso, há uma grande linha de câmeras na série Blackfly S da Teledyne FLIR que oferece flexibilidade para nossos clientes trocarem a câmera com o mínimo de desenvolvimento adicional de software.”

“Por exemplo”, continua ele, “enquanto implantamos a câmera Blackfly S USB3 de 20 MP como padrão, a equipe recentemente precisou de uma câmera Blackfly S com um obturador global para reduzir o desfoque de movimento em uma aplicação de esteira transportadora móvel. Tivemos que fazer pouquíssimas modificações de software porque a câmera faz parte da mesma linha.”

Em uma situação semelhante, a equipe da Instrumental implantou uma câmera monocromática com luzes infravermelhas para uma aplicação específica que exigia a visualização através de material transparente. Mais uma vez, a Instrumental conseguiu usar facilmente um modelo Blackfly S diferente.

Configuração intuitiva, ROI rápido em 24 horas

Embora a plataforma da Instrumental seja normalmente usada em aplicações eletrônicas, a estação pode acomodar muitos tipos diferentes de produtos. O treinamento sobre defeitos é feito na nuvem, e a Instrumental mitiga as preocupações de segurança ao mostrar aos novos usuários sua série de medidas e protocolos extensos sobre sua segurança de hospedagem de nível empresarial para sua plataforma de nuvem gerenciada. O processo de treinamento de aprendizado de máquina da Instrumental requer menos imagens do que uma inspeção de aprendizado profundo direcionada normalmente requer.’ Aqui, o software analisa terabytes de dados e faz correlações.

“A plataforma foi intencionalmente projetada para ser generalizada — não estamos oferecendo IA como um serviço em que a equipe passa dois meses projetando um algoritmo muito específico”, disse Harrison-Noonan. “Normalmente, exigimos apenas 30 imagens de um produto, e a IA começa a identificar automaticamente novos problemas sem a participação do usuário, o que realmente simplifica todo o processo para um especialista que não seja de visão.”

A inferência ocorre normalmente na ponta — normalmente em um computador Dell com uma GPU poderosa — para que o sistema possa tomar decisões mais rápidas e ainda operar no caso de uma interrupção da internet. Depois que o sistema tiver 30 imagens disponíveis, ele pode começar a analisar dados e destacar anormalidades para o operador, que pode então confirmar ou remover um problema destacado.

Além disso, vários usuários de qualquer lugar do mundo podem acessar um único projeto e contribuir com dados para a fase de treinamento e, em seguida, usar esse repositório como uma plataforma central de colaboração de dados.

“Engenheiros de projeto nos EUA que usam a plataforma da Instrumental para análise de falhas, por exemplo, muitas vezes compartilham resultados e ações diretamente com equipes de qualidade e fabricação na Ásia para comunicação global acelerada”, disse Harrison-Noonan.

Resolução de defeitos com precisão micrométrica

Imagem: Modelo de câmera Blackfly S USB3

O uso da câmera Blackfly S 20 MP permite que a estação de geração de imagens da Instrumental capture os altos níveis de detalhes necessários para inspecionar microconjuntos eletrônicos pequenos, em que erros muito pequenos podem levar a falhas. Para tarefas como inspeção de telefone celular, por exemplo, a Instrumental dimensionará a óptica, definirá a distância de trabalho apropriadamente e calculará a resolução a partir daí.

“A Instrumental usa uma calculadora que nos permite fazer estimativas sobre quantos pixels serão necessários para detectar um defeito”, disse Harrison-Noonan. “Normalmente, podemos dizer que cinco a seis pixels detectam um defeito, o que significa cerca de 150 a 200 µm de tamanho de defeito para dispositivos móveis comuns de tamanho eletrônico, que é geralmente o que pretendemos alcançar em tais aplicações.”

A Teledyne FLIR oferece seis modelos diferentes de câmera Blackfly S com sensores de imagem de redefinição global com obturador rotativo de 20 MP. Esses modelos são fornecidos com opções USB3, GigE e placa e possuem eficiência quântica variando de 65,39% a 80% e taxas de quadros de até 18 FPS, com sensores de imagem variando de 0,4 MP a 24,5 MP.

O que fazer em seguida’

Embora o sistema da Instrumental possa normalmente usar uma câmera de espectro visível colorida, a empresa recentemente expandiu para novas fontes de dados como infravermelho e até mesmo tecnologias de raios X e imagens 3D.’

“Conforme as empresas em diferentes campos se tornam mais conscientes ou mais abertas à adoção de tecnologias de nuvem, o sistema é capaz de ajudá-las a atender e exceder suas métricas, mesmo em uma pandemia”, disse Harrison-Noonan. “A Teledyne FLIR oferece um grande portfólio de câmeras usadas em diferentes aplicações, dando ao nosso sistema a flexibilidade para lidar com novas tarefas.”

Ele acrescenta: “Os principais fabricantes de eletrônicos em todo o mundo usam as câmeras Teledyne FLIR para manter a qualidade e atender aos cronogramas de produção, mesmo durante toda a pandemia. Aproveitar o sistema da Instrumental e a Teledyne FLIR é fundamental para nossa capacidade de nos adaptarmos às necessidades dos clientes com novas fontes de dados.”

Saiba mais sobre a Instrumental em https://instrumental.com/about e as câmeras de visão de máquina da FLIR em www.teledyneflir.com/machine-vision.