wersja mobilna
Online: 403 Niedziela, 2016.12.11

Raporty

W świetle widzialnym i podczerwieni - raport techniczno-rynkowy

wtorek, 07 sierpnia 2007 16:30

Systemy wizyjne są coraz popularniejszą grupą urządzeń na polskim rynku automatyki.Wzrost zainteresowania nimi firm produkcyjnych wiąże się z możliwością zwiększenia wydajności oraz jakości produkcji, co jest często wymagane przez zagranicznych odbiorców wytwarzanych towarów. Omówienie tematyki systemów wizyjnych połączono w raporcie z przedstawieniem krajowego rynku kamer termograficznych, których popularyzacja jest równie błyskawiczna. Jednocześnie wraz z tym, jak trafiają one do kolejnych zakładów przemysłowych, jak również szeregu odbiorców niezwiązanych z branżą, sądzić można, że w kolejnych latach następował będzie dalszy, szybki rozwój ich rynku.

Spis treści » Zobaczyć, zarejestrować, przetworzyć
» Na tym się zarabia
» Kto jest kim
» Pokaż wszystko

Do powyższego, optymistycznego stwierdzenia uprawnia dotychczasowy rozwój polskiego sektora systemów wizyjnych i wzrost sprzedaży kamer termowizyjnych. W raporcie rynkowym w celu dokładnej dyskusji zmian w omawianych branżach wydzielono i opisano kilka grup podzespołów. W szczególności linia podziału przebiega pomiędzy podzespołami i systemami służącymi do akwizycji obrazów w świetle widzialnym, a diagnostyki w podczerwieni.

Zobaczyć, zarejestrować, przetworzyć
Rys. 1. Najczęstsze zastosowania systemów wizyjnych (źródło: ankieta APA)

Systemy wizyjne (machine vision) to określenie grupy urządzeń i rozwiązań, których wspólną cechą jest akwizycja i analiza obrazu. W skład systemów tego typu wchodzi kilka grup urządzeń, które różnią się stopniem zaawansowania i zastosowaniami. W szczególności są nimi czujniki obrazu, kamery, analizatory i osprzęt. Pierwszymi z wymienionych produktów są proste kamery służące do analizy podstawowych cech obrazu (patrz tabela 2).

Z kolei kamery służą do tworzenia rozwiązań uniwersalnych i, w przypadku zaawansowanych wersji, pozwalają na akwizycję wysokorozdzielczych obrazów o dużej liczbie klatek na sekundę. Mogą one być też programowalne, pozwalając na stosowanie algorytmów przetwarzania obrazu. Cechy kamer współcześnie wykorzystywanych w przemyśle, jak też analizatorów i oprogramowania opisane zostały w dalszej części raportu.

W zakresie omawianej tematyki istnieje również grupa czujników fotoelektrycznych, które pozwalają na pomiary punktowe i nie są szerzej dyskutowane. Obecnie stosowane są one zazwyczaj jedynie do kontroli obecności lub podstawowych cech obiektów, a nie ich jakości. Przykładem są czujniki koloru lub kontrastu, które w maszynach pakujących służą do sprawdzania znaczników na produktach. W innych aplikacjach zamiast nich są coraz częściej stosowane kamery, które elastycznie dopasowywać można do zmieniających się warunków produkcji – np. poprzez stosowanie banku informacje o wytwarzanych produktach.

Rosnąca liczba zastosowań

Najczęstsze wykorzystanie systemów wizyjnych dotyczy inspekcji oraz sprawdzania poprawności wykonania i cech produktów. Sany obiekt może być analizowany pod kątem stanu, jakości wykonania (np. brak wad), stopień napełnienia czy poprawność przyklejenia etykiety. Równie istotne są pomiary geometrii i innych cech fizycznych oraz odczyt kodów paskowych. Omawiane układy wykorzystywane są w procesach ciągłych, jak też podczas produkcji, kontroli i testowania elementów dyskretnych. Odpowiednio zaprojektowany i wdrożony system wizyjny jest często również kluczowym elementem systemu kontroli jakości i daje gwarancję poprawności procesu produkcyjnego. Dotyczy to w szczególności pracy całodobowej – pozwala on ograniczyć liczbę pracowników wykonujących kontrolę elementów, eliminując czynnik zmęczenia.

Rys. 2. Cechy systemów wizyjnych, które zdaniem uczestników raportu są najistotniejsze dla odbiorców tych produktów (źródło: ankieta APA)

Powyższe fakty potwierdzają przedstawiciele firm biorących udział w raporcie. Ich zdaniem (patrz wykres 1) systemy wizyjne są najczęściej stosowane do weryfikacji (poprawności wykonania i jakości) produktów. Dotyczy to często procesów ciągłych, ale pomiary cech obiektów, zliczanie produktów i rozpoznawanie znaków zajmują równie wysokie miejsce na liście zastosowań. Systemy wizyjne wykorzystywane są również w aplikacjach pakujących, robotyce oraz jako elementy systemów sterowania i kontroli ruchu.

Należy wspomnieć, że wykorzystanie systemów wizyjnych wiążę się również z obniżeniem kosztów operacyjnych. Wykrycie wad produktów w początkowym etapie ich wytwarzania, jak też identyfikacja przyczyn pozwala na bieżąco eliminować wyroby wadliwe, które nie są poddawane dalszym procesom produkcyjnym, jak też optymalizować pracę maszyn. Prowadzi to ograniczenia strat, co zazwyczaj dosyć szybko przekłada się na zwrot nakładów poniesionych na wdrożenie systemu.

W przypadku rynku krajowego wzrost popytu na systemy wizyjne wynika w dużym stopniu z konieczności zapewnienia odpowiedniego poziomu jakości i wydajności produkcji. Wiele firm produkcyjnych, które w ostatnich latach rozpoczęły lub zwiększyły swoją produkcję na eksport, zostało wręcz zobligowanych do podjęcia działań w zakresie kontroli jakości i testowania wyrobów.

Dotyczy to choćby szerokiego grona poddostawców dla przemysłu samochodowego, którzy są często zmuszeni do ujęcia w dokumentacji podzespołów informacji potwierdzających poprawność ich wykonania oraz testowania – sposobem może być tutaj kontrola wizyjna. Podobne wymogi dotyczą często producentów innych elementów (np. badanie kształtów wytwarzanych elementów) i branży OEM (produkcja dyskretna). Innym przykładem branż, do których trafiają często systemy wizyjne, są sektory spożywczy i opakowaniowy.

W tych zastosowaniach omawiane systemy pozwalają one na sprawdzanie stanu produkowanych towarów (np. poziomu napełnienia butelek), jak też ich oznaczeń, jakości zamknięcia i wielu innych cech. Branżą typową dla systemów wizyjnych jest także sektor farmaceutyczny, gdzie narzucane są odpowiednie wymagania przepisami Głównego Inspektoratu Farmaceutycznego.

Zmiany w technologii
Rys. 3. Globalny rynek systemów wizyjnych w podziale na produkty - systemy dedykowane oznaczają kompletne systemy tworzone na potrzeby danych aplikacji (źródło: European Machine Vision Association, 2005)

W ostatnich latach, równolegle z upowszechnianiem się systemów wizyjnych, następowały zmiany w technologii. Znaczący postęp nastąpił w zakresie możliwości akwizycji i przetwarzania danych. Kamery, które były dawniej zapożyczane z systemów monitoringu, nie nadawały się do szybkich, dokładnych pomiarów i zastąpione zostały rozwiązaniami dedykowanymi, które mogą być łatwo integrowane w systemach wizyjnych.

Obecnie kamery pozwalają na rejestrację kilkudziesięciu lub więcej obrazów na sekundę, co w połączeniu z wydajnym układem przetwarzania danych pozwala na szybką i dokładną kontrolę procesów produkcyjnych. Do nowości należy też zaliczyć kamery umożliwiające akwizycję obrazów z dokładnym odwzorowaniem kolorów, przetwarzaniem potokowym i wieloma obszarami pomiarowymi.

Oczywiście zwiększana jest rozdzielczość obrazowania, co również wymaga przesyłania dużych ilości danych – stosuje się tutaj typowo wydajne interfejsy, takie jak Ethernet, FireWire czy USB. Coraz więcej producentów dostarcza również kamery z interfejsami do gigabitowych sieci Ethernet.

Oprócz typowych kamer i omawianych wcześniej czujników wizyjnych wyróżnić można podobną grupę urządzeń, które zyskują szybko na popularności – są nimi tzw. kamery inteligentne (smart cameras). Urządzenia te zawierają rozbudowane układy elektroniczne służące do przetwarzania danych, przy czym oferują często wiele funkcji, które dostępne były tylko w kompletnych systemach wizyjnych, tj. zawierających układy analizy i przetwarzania danych. Często zawierają one funkcję uczenia się, co pozwala na ich wykorzystanie bez zaawansowanego programowania. Takie rozwiązania są coraz chętniej stosowane, gdyż umożliwiają tworzenie kompaktowych, a jednocześnie wydajnych aplikacji wizyjnych.

Oczywiście poza postępem w zakresie urządzeń, nastąpił szybki rozwój oprogramowania, które dostarczane jest zazwyczaj przez producentów kamer. Współczesny system wizyjny umożliwia różnorodne przetwarzanie danych obrazowych – od najprostszych analiz, które pozwalają na detekcję krawędzi czy kolorów, po algorytmy pozwalające na zaawansowaną pracę z danymi obrazowymi pochodzącymi z wielu kamer i wykorzystanie systemów eksperckich.

Pozwala to na dostosowanie go do danej aplikacji i, jak się wydaje, właśnie ten obszar będzie w najbliższych latach coraz bardziej decydował o jakości tworzonych systemów wizyjnych. Ze względu na fakt, że programista, który tworzy aplikację, odpowiada za poprawność jej działania (np. uodpornienie na możliwe zakłócenia pomiarów), do listy cech omawianych systemów należy dodać również ten czynnik.

Systemy 3D i sensors fusion

Rozwiązaniami omawianymi w raporcie, które są na rynku systemów wizyjnych stosunkową nowością, są systemy skanujące 3D. Są to przykładowo fotogrametryczne systemy pomiarowe, czego przykładem są oferowane przez CASP produkty Steinbichler Optotechnik. Zastosowanie skanerów 3D i systemów wielokamerowych pozwala na sprawdzanie poprawności wykonania produktów złożonych geometrycznie – np. łożysk czy rur giętych.

Omawiając rozwój systemów wizyjnych i termowizji wspomnieć należy o tzw. sensors fusion, czyli połączeniu tych dwóch typów układów wizyjnych – wykorzystujących zobrazowanie w świetle widzialnym i podczerwieni. Kombinacja taka zapewnia zwiększenie możliwości diagnostyki i lokalizacji anomalii, czego przykładem są linie produkcyjne, gdzie badany jest stan opakowania produktów (np. kartonów), jak też poziom ich napełnienia. Możliwość łączenia wyświetlania obrazów obserwowanych w dwóch zakresach widmowych oferują także coraz częściej przenośne kamery termowizyjne.

Wymogi klientów
Fot. 1. Umieszczona na linii produkcyjnej kamera z obiektywem dobranym odpowiednio do aplikacji

Lista życzeń klientów kupujących elementy do systemów wizyjnych jest w dużym stopniu zbieżna z podobnymi zestawieniami tworzonymi dla innych podzespołów automatyki. W szczególności pierwszą z cech kamer branych pod uwagę przy ich zakupie są parametry techniczne związane z funkcjonalnością, jak też działaniem w zakresie danej aplikacji.

Czynnik wysokiej jakości urządzeń jest postrzegany jako bardzo istotny, gdyż od systemów wizyjnych wymaga się poprawnej, precyzyjnej, a przy tym długotrwałej pracy. Jednocześnie dostawcy rozwiązań i klienci cenią sobie łatwość dostosowania urządzeń do wymogów aplikacji, w tym możliwości utworzenia odpowiedniego (lub skorzystania z istniejącego) algorytmu przetwarzania danych, bogactwo interfejsów i inne cechy funkcjonalne.

Dosyć wysoko na powyższej liście znajduje się czynnik kosztu ponoszonego na zakup podzespołów. Systemy wizyjne, pomimo stopniowo malejących cen, są wciąż jak na rynek krajowy stosunkowo drogie – koszt ich zakupu wynosi od kilku tysięcy złotych za najprostsze czujniki wizyjne do kilkudziesięciu-kilkuset tysięcy za zaawansowane, wielokamerowe systemy wizyjne i stanowiska pomiarowe.

Chociaż w wielu przypadkach jest to nawet o rząd wielkości mniej, niż klienci musieliby zapłacić za podobne rozwiązania jeszcze w latach 90. zeszłego wieku, nie zmienia to faktu, że dobór systemu wizyjnego do aplikacji jest zadaniem złożonym i wiążącym się z dokładną kalkulacją kosztów.

Wymagania co do elementów systemów wizyjnych często definiowane są przez integratora (dostawcę) systemu, bowiem on opracowuje go w zależności od aplikacji. Rzadko kiedy sam klient kupuje kamerę lub inny element systemu wizyjnego, zazwyczaj dostarcza się klientowi gotowe rozwiązanie – przyznaje Radosław Boba z Centrum Automatyki Simex Południe.

W ramach utworzenia systemu dobierana jest kamera, jej obiektyw, odpowiednie podświetlenie i oczywiście tworzone jest oprogramowania dla danej aplikacji. Do integratora należy również często wybór systemu w przypadku aplikacji wielokamerowych. W takich zastosowaniach możliwe jest użycie wielu kamer i analizatorów, na wyjściu których otrzymuje się sygnał dyskretny, który agregowany jest przez sterownik, lub systemu wizyjnego umożliwiającego podłączenie wielu kamer. Przykłady takich systemów przedstawiono w tabeli 3.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Czujnik przewodności 1 µS/cm...500 mS/cm do aplikacji o wysokich standardach higienicznych

2016-12-09   | Endress+Hauser Polska Sp. z o.o.
Czujnik przewodności 1 µS/cm...500 mS/cm do aplikacji o wysokich standardach higienicznych

Endress+Hauser informuje o wprowadzeniu do oferty nowego typu czujnika przewodności o oznaczeniu Memosens CLS82D, zaprojektowanego do aplikacji o wysokich standardach higienicznych, m.in. biotechnologii, farmacji i produkcji żywności. Jest to czujnik 4-elektrodowy charakteryzujący się zakresem pomiarowym od 1 µS/cm do 500 mS/cm i zakresem dopuszczalnych temperatur pracy od -5 do +120°C.
czytaj więcej

Brama sieciowa do zastosowań w przemysłowych sieciach IoT

2016-12-09   | RS Components Sp. z o.o.
Brama sieciowa do zastosowań w przemysłowych sieciach IoT

RS Components został wyłącznym dostawcą bramy IoT firmy Siemens - Simatic IOT2020. Została ona zaprojektowana do ciągłej pracy w środowisku przemysłowym i może być używana do pobierania, przetwarzania, analizowania oraz przesyłania danych do urządzeń i sieci praktycznie każdego typu.
czytaj więcej

Nowy numer APA