Na linii produkcyjnej podobnie jak na planie filmowym filmu akcji, odpowiednia kamera może być niezastąpiona przy realizacji określonego zadania. Oczywiście kamery stosowane w obu przypadkach mimo tej samej nazwy różnią się technologią wynikającą z odmiennych ról i pełnionych zadań. O ile na filmie oczekujemy efektywnych, szybkich a zarazem ostrych ujęć cieszących nasze oczy, o tyle przy produkcji poszukujemy dokładności, precyzyjności i powtarzalności wykonywanych czynności. Mogłoby się wydawać, że kamery będące częścią systemów wizyjnych na liniach produkcyjnych to przyszłość. Jak pokazuje Przemysł 4.0 ta przyszłość już nadeszła!
Systemy wizyjne
Systemy wizyjne podobnie jak wzrok służą zdobywaniu informacji o otoczeniu, identyfikowaniu określonych jego cech. A jako, że już z definicji określane są mianem „systemów”, to składać się muszą z kilku elementów pełniących określone zadania. Podstawowymi składowymi systemu są:
- oświetlenie i elementy optyczne kamery (obiektywy, filtry) pozwalające wyeksponować określone cechy obiektu, na temat których pozyskać chcemy informacje,
- kamera zbierająca ogromną ilość danych, którą byłoby trudno zastąpić nawet sporym zasobem tradycyjnych czujników,
- układ elektroniczny z zaimplementowanym oprogramowaniem pozwalającym na obróbkę pozyskanych danych, często zintegrowany z kamerą,
- komputera bądź sterownika wykorzystującego wyniki do dalszych działań.
Jak widzicie podobieństw do zmysłu wzroku jest wiele. Oko podobnie jak kamera bez odpowiedniego oświetlenia nie uzyska dokładnego obrazu, a nawet dobre informacje bez odpowiedniego przetworzenia przez procesory i oprogramowanie, na niewiele nam się zdadzą. Jednak w odróżnieniu do wzroku, system wizyjny nie męczy się i może pracować całą dobę.
Zastosowania
Niesamowita wszechstronność systemów wizyjnych pozwala wykorzystać je w wielu aspektach procesów przemysłowych. W prostych zastosowaniach służą realizacji pojedynczego zadania. Odczytując kod kreskowy lub tekst możemy realizować zaawansowane sortowania. Kontrolując wymiar bądź cechy charakterystyczne jak stan powierzchni czy barwę wykryjemy uszkodzone sztuki i odrzucimy z dalszej obróbki.
Bardziej zaawansowane układy pozwalają rozpoznawać ułożenie przedmiotów, ich rodzaj i obecność na linii, a następnie „prowadzić” manipulator tak aby bezproblemowo chwytał przedmioty i wykonywał określone czynności. Zainstalowanie kamery na ramieniu manipulatora może wspomóc także w procesie spawania zrobotyzowanego. Dużą część zastosowań takich systemów stanowi również kontrola jakości, gdzie sprawdzana jest poprawność wykonania procesów obróbki detali.
Urządzenia
Jak w każdym systemie, każdej rodzinie urządzeń, tak i pośród systemów wizyjnych znajdziemy rozwiązania do zadań o różnych stopniach trudności. Sensory złożone z kamery i prostego procesora zamknięte w jednej obudowie określane są mianem czujników wizyjnych. Zakres realizowanych przez taki sensor funkcji ograniczony jest do podstawowych, pojedynczych zadań jak odczyt kodów QR, rozpoznawania, kontroli czy zliczania obiektów danego typu, detekcji położenia czy wymiaru obiektu.
W segmencie tych urządzeń, przed szereg wysuwa się rozwiązanie od B&R gdzie dla tych wszystkich zadań możemy zastosować jedno urządzenie Smart Sensor.
W odróżnieniu od innych rozwiązań realizowaną przez niego funkcję definiujemy w projekcie, a nie poprzez dobór odpowiedniego dedykowanego sprzętu dla każdej funkcji. Po prostu konfigurujemy żądaną funkcję w oprogramowaniu Automation Studio unikając skomplikowanego programowania. W końcu podążamy za mottem: „Konfigurowanie, a nie programowanie”. Producent maszyn zaopatruje się tylko w jeden typ kamery i jest od razu w stanie realizować wiele zadań i funkcji aplikacyjnych. Dzięki fabrycznej kalibracji czas uruchomienia urządzenia został skrócony do minimum. Przy tak skomponowanym rozwiązaniu staje się ono niejako urządzeniem uniwersalnym.
O poziom wyżej od czujników wizyjnych stoją inteligentne kamery wyposażone w możliwość niemal swobodnego programowania. Sama nasuwa się więc zaleta realizacji szerokiego pasma funkcjonalności ograniczonych jedynie wyobraźnią projektanta systemu. Kolejnymi atutami są różnorakie opcje dodatkowego wyposażenia pozwalające na pełną integrację z otoczeniem.
Tutaj B&R przedstawia rozwiązanie Smart Camera umożliwiające realizację wielu różnych funkcji równocześnie. Istnieje zatem możliwość zastąpienia wielu czujników wizyjnych jednym urządzeniem.
Zgodnie z filozofią producenta konfiguracja funkcjonalności kamery odbywa się przy pomocy predefiniowanych algorytmów mapp Vision dzięki, którym ryzyko błędów przy programowaniu spada do minimum. Wstępne przygotowanie obrazu za pomocą układu FPGA znacząco skraca proces obróbki oraz umożliwia wykorzystanie zaawansowanych funkcji takich jak rozpoznawanie tekstu opartego o algorytmy głębokiego uczenia. A wszystko to w czasie rzeczywistym przy pełnej integracji z systemem sterowania.
Optymalna jakość obrazu
Zarówno Smart Sensor jak i Smart Camera mogą być wyposażone w jedną z trzech matryc od 1.3 do 5 megapikseli, charakteryzujące się wysoką czułością na światło i niskim szumem. Otrzymujemy dzięki temu optymalną jakość obrazu nawet przy szybko przesuwających się obiektach. Obudowy dostępne są zarówno ze zintegrowanym obiektywem i elektroniczną regulacją ostrości lub ze standardowym adapterem typu C-mount,obiektywy do którego kupić można różnego rodzaju .
Inteligentne oświetlenie
Kamery posiadają zintegrowane oświetlenie dzięki któremu dostajemy zwarte urządzenie gotowe do pracy. Nie oznacza to wcale, że nie możemy skorzystać z zewnętrznych lamp. Zewnętrzne jak i wewnętrzne elementy oświetleniowe są zsynchronizowane z przechwytywaniem obrazu, dzięki czemu nawet szybko poruszające się obiekty są doskonale oświetlone z maksymalną precyzją i intensywnością światła. Wszystkie parametry świetlne można konfigurować programowo w czasie pracy w celu optymalizacji oświetlenia i dostosowania go do nowych wyrobów. Zmniejsza to czas przestrajania systemu pod pracę z innymi detalami i eliminuje konieczność ręcznych ustawień lamp, które są podatne na błędy. Połączenie diod w różnych kolorach umożliwia dostosowanie długości fali w czasie pracy w celu zoptymalizowania kontrastu.
Oprogramowanie
Zarówno urządzenia jak i oprogramowanie dla systemów wizyjnych B&R mogą zostać w pełni zintegrowane z systemem sterowania. Jest to najlepsza droga do uzyskania absolutnej precyzji i mikrosekundowej synchronizacji pomiędzy wszystkimi komponentami automatyki. Konfiguracja systemu wizyjnego, sterowników i paneli HMI w jednym narzędziu inżynierskim Automation Studio ułatwia przepływ danych, przyśpiesza realizację zadań i uprzyjemnia pracę Inżynierom.
Jeden przewód
Kamery integrowane są z systemem sterowania maszyną za pomocą hybrydowego złącza M12, które dostarcza również niezbędnego zasilania 24 VDC. Drugie połączenie hybrydowe umożliwia okablowanie łańcuchowe z dodatkowymi światłami lub kamerą.
Podsumowanie
Systemy wizyjne mogłyby się wydawać bardzo skomplikowanymi układami, których poprawność wdrożenia i działania jest trudna do opanowania. A przynajmniej mi się tak wydawało. Jak widać, postęp technologiczny Przemysłu 4.0 i starania producentów ułatwiają integrację. Interesujące są zwłaszcza wersje czujników wizyjnych, gdzie sygnał wyjściowy przybiera postać binarną, mówiąc czy dany detal jest OK lub nie. Konfiguracja na zasadzie porównania elementu dobrego z uszkodzonym i łatwa implementacja w programie sterownika upraszcza implementację w układzie. Tymczasem systemy wyposażone w kamery wizyjne z powodzeniem zastąpią cały szereg czujników i ograniczą zajmowaną przestrzeń, a różne obiektywy i modele oświetlenia pozwolą na idealne dostosowanie do otoczenia tak, aby uwypuklić pożądane cechy obiektu. Lista możliwych zastosowań jest bardzo długa, zarówno na nowych liniach jak i przy modernizacji już istniejących.
A Ty znalazłeś/aś zastosowanie dla systemu wizyjnego na linii produkcyjnej w Twojej firmie? Masz pomysł jak usprawnić produkcję lub inny proces? Podstawową wiedzę na temat produktów B&R już masz. Więcej informacji znajdziesz na stronie: B&R Zintegrowane systemy wizyjne. Powodzenia!
