Kiedy stosowanie systemów wizyjnych przynosi korzyści?

Systemy wizyjne składają się z dwóch części: sprzętowej, której zadaniem jest rejestrowanie i akwizycja obrazów, oraz oprogramowania, które odpowiada za analizę i uzyskanie oczekiwanych informacji. Z tych ostatnich korzystać mogą urządzenia, z którym współpracuje dany system. Przykładami są sterowane wizyjnie maszyny, które sortują produkty w ramach kontroli ich jakości, a także roboty przemysłowe, na przykład pracujące na liniach montażowych, liniach pakowania, malujące, spawające. Przewagę systemy wizyjne zawdzięczają szybkości - mogą wykonywać inspekcję od kilkuset do nawet kilku tysięcy detali w ciągu minuty, oraz dokładności - jeżeli są wyposażone w układ optyczny i kamerę o odpowiednio dużej rozdzielczości, są w stanie rozróżnić szczegóły o zbyt małych rozmiarach, aby mogło je dostrzec ludzkie oko oraz powtarzalności. Ponieważ, jak już wspomniano, nie męczą się i nie rozpraszają, łącznie cechy systemów wizyjnych przyczyniają się do poprawy jakości i wydajności produkcji.

Rozwiązywanie problemów, cz. 1

W poszukiwaniu przyczyny nieprawidłowego funkcjonowania systemu wizyjnego pomocne jest porównanie ze sobą najnowszych oraz dawniej zarejestrowanych obrazów, najlepiej takich, które zapisano od razu po zainstalowaniu systemu. Zaniepokoić się należy, jeśli różnią się one jasnością, na tych drugich występują białe plamy, zacienienia lub środek obrazu stopniowo się przesuwa.

Jeżeli jakość obrazu uległa znaczącemu pogorszeniu, kolejnym krokiem powinno być ustalenie, czy przyczyną jest kamera, czy obiektyw. Problemy z kamerą albo z samym czujnikiem obrazu mają z reguły wpływ na cały obraz. Najczęstszymi ich objawami są m.in.: zmiany w jasności i kontraście, o ile wykluczy się to, że ich powodem są zmiany oświetlenia, obecność szumów oraz przesunięcia w balansie bieli kolorowych zdjęć.

Problemy z powodu obiektywów są z kolei zwykle widoczne miejscowo, na przykład objawiają się jako zmiany ostrości na obrazie albo zaciemnienia na jego rogach. Prawdopodobnymi powodami są: rozregulowanie obiektywu, albo jeżeli podejrzewamy problem z soczewkami, ich uszkodzenia, na przykład zarysowania.

ZALETY SYSTEMÓW WIZYJNYCH

Ponadto wiele korzyści przynosi wyeliminowanie bezpośredniego kontaktu między obiektem inspekcji a komponentami systemu kontroli jakości. Przede wszystkim unika się dzięki temu przypadkowego zniszczenia tego pierwszego i zużycia w miarę użytkowania elementów tego drugiego.

Z kilku powodów warto ograniczyć udział ludzi w procesie produkcyjnym. Na przykład zapewnia to oszczędność miejsca zajmowanego przez ich stanowiska, a gdy jeden system wizyjny zastępuje jednocześnie wielu ludzi, znacząco zmniejszają się koszty pracy.

W przypadku linii produkcyjnych niektórych produktów, na przykład w branży farmaceutycznej i spożywczej, wizyjna kontrola jakości bez udziału ludzi jest koniecznością ze względu na wysokie wymagania w zakresie higieny. W innych z kolei dzięki niej można ochronić pracowników przed kontaktem z niebezpiecznymi czynnikami, m.in. warunkami otoczenia, substancjami, maszynami. Sterowanie wizyjne robotów również poprawia jakość produkcji oraz jej elastyczność, dzięki temu, że łatwiej mogą się dostosować do zmienności cech detali, którymi operują.

Zastosowania systemów wizyjnych dzieli się na cztery kategorie zadań. Do pierwszej zaliczane jest nakierowywanie innych urządzeń na obiekt ich działań.

Maciej Tałałaj

Sales Manager Poland AAEON Europe

Jakie trendy technologiczne kształtują branżę systemów wizyjnych?

Inspekcja wizyjna znajduje zastosowanie w każdej branży produkcyjnej, gdzie fundamentem jest wysoka i potwarzalna jakość wykonania elementów. Wykorzystywana może być też w branżach: medycznej, ITS czy retail. Dlatego ważnym elementem systemu wizyjnego powinna być niezawodna jednostka komputerowa, która została zaprojektowana do pracy ciągłej nawet w trudnych warunkach przemysłowych.

Najnowsze trendy w tej dziedzinie to również miniaturyzacja komputerów oraz coraz częstszy wybór jednostek typu embedded, które cechują się niskim poborem mocy. Z drugiej strony nacisk kładzie się na maksymalizację uniwersalności komputerów przetwarzających dane oraz na możliwość łatwego skalowania mocy obliczeniowej.

Najlepsze rozwiązania cechują się bezwentylatorową obsługą wydajnych procesorów serii Intel Core, pozwalając projektantom systemów na wybór procesora: od serii Celeron, po i7. Co ważne, integratorzy powinni mieć możliwość zmiany wydajności komputera poprzez łatwą podmianę CPU, nawet już po wdrożeniu aplikacji. Taka elastycznosć zapewni odpowiednią moc obliczeniową przy przetwarzaniu obrazu, nie podnosząc drastycznie kosztu samej jednostki komputerowej.

W systemach wizyjnych stosowane są kamery z różnymi typami komunikacji, dlatego też przy wyborze komputera należy również zwrócić uwagę na równoległe wsparcie interfejsów USB 3.0, Gigabit LAN, CameraLink, CoaXpress oraz PoE. Uzupełnieniem powinna być możliwość instalacji kart typu frame grabber, zazwyczaj dostarczanych w standardzie PCI/PCIe.

Różnorodność wariantów komunikacji z kamerami pozwala zarówno na stosunkowo prostą implementację sterownika nowego systemu, jak i na aktualizację już istniejących instalacji. Kolejnym krokiem jest gwarancja producenta dotycząca kompatybilności jednostki komputerowej z głównymi dostawcami kamer, np. Basler, Flir czy Teledyne

KLASYFIKACJA ZADAŃ

W tym celu system wizyjny ustala jego położenie i orientację w przestrzeni 2D lub 3D w zależności od potrzeb. Informacje te są porównywane z wartościami oczekiwanymi. Jeżeli różnice pomiędzy nimi nie przekraczają wartości dopuszczalnych, wiadomo, że obiekt znajduje się we właściwym miejscu.

W przeciwnym wypadku do kontrolera robota lub innej maszyny, która jest sterowana wizyjnie, wysyłana jest informacja o odchyłce. Przykładowe zadania, które dzięki systemom wizyjnym są wykonywane znacznie szybciej i dokładniej niż ręczne pozycjonowanie, to: rozładowywanie oraz załadowywanie palet, podnoszenie części z przenośnika, wyjmowanie ich z kosza i wyrównywanie ich względem innych.

Kolejnym zadaniem systemów wizyjnych jest rozpoznawanie obiektów na podstawie oznakowania. Rozróżnia się różne typy symboli, na przykład kody kreskowe jednowymiarowe i dwuwymiarowe, oznaczenia wykonane bezpośrednio na produkcie na przykład przez wypalanie laserem, żłobienie, wytrawianie albo malowanie i nadruki na opakowaniach i etykietach na nie naklejanych. Poza tym systemy wizyjne identyfikują obiekty na podstawie unikalnych cech (kształtu, rozmiaru, koloru).

Następnym ich zadaniem są pomiary. Dokonują ich, mierząc odległości między dwoma lub większą liczbą punktów odniesienia zlokalizowanych na obiekcie. W oparciu o nie przeprowadza się także kontrolę jakości. Systemy wizyjne wykrywają różne wady obiektów inspekcji, takie jak m.in. ich uszkodzenia, zanieczyszczenia, niekompletność i problemy w działaniu. W ramce przedstawiamy przykłady zastosowania systemów wizyjnych w wymienionych kategoriach zadań.

Kamera sprawdza rozmiary otworów

Pewna chińska firma, która produkuje podzespoły do urządzeń elektroniki użytkowej na zlecenie kilku czołowych przedsiębiorstw z tej branży, poszukiwała sposobu zautomatyzowania kontroli jakości obudów aparatów fotograficznych. Sprawdzenia poprawności wykonania wymagają rozmiary wyciętych w nich otworów, w które wkładane są przyciski i wizjer.

Inspekcja jest konieczna, jeżeli bowiem otwory są za małe albo za duże występują problemy na etapie montażu i później podczas korzystaniu z tego sprzętu. Niezadowolenie użytkowników odbija się na reputacji producenta, ten natomiast obwinia o to podwykonawcę. Ze względu na rangę klientów i intratność zamówień na obudowy aparatów produkowanych na masową skalę ten ostatni do kontroli jakości przywiązuje dużą wagę.

Dlatego pracowników trzeba dobrze do niej przygotować. W tym celu szkolą się nawet kilka miesięcy, a nim rozpoczną pracę na stanowisku inspekcji, muszą uzyskać specjalny certyfikat. Produkcja na masową skalę wymaga zaangażowania do kontroli jakości wielu pracowników. Łącznie ze złożonym procesem ich szkolenia przekłada się to na duże koszty. Ponadto nawet najlepsze przeszkolenie nie zapobiegnie zmęczeniu pracowników, co odbija się negatywnie na dokładności inspekcji.

Presja kosztów i jakości skłoniła firmę do zainwestowania w system wizyjny. Wybrano taki, który współpracuje z komputerem (PC-based), z kamerą o rozdzielczości 5 Mpix oraz interfejsem GigE. Zamocowano ją na ruchomej platformie, która przemieszcza się nad przenośnikiem we wszystkich kierunkach zgodnie z zaprogramowaną sekwencją ruchów, które naprowadzają kamerę kolejno nad wszystkie otwory. Obiekty inspekcji podświetlane są lampami LED. Sygnał wyzwalający kamerę dociera do niej ze sterownika PLC, który potem odbiera sygnał zakończenia inspekcji.

System wizyjny zorganizowany w ten sposób rozpoznaje ponad 10 typów otworów, kwadratowych i okrągłych, różniących się rozmiarami, w obudowach kilkunastu różnych modeli aparatów. Mierzy on średnicę każdego wycięcia z dokładnością rzędu setnych części milimetra. Sprawdzana jest też jego kolistość.