Alternatywa dla systemów wizyjnych PC

Użytkownicy maszynowych systemów wizyjnych mają do dyspozycji mnóstwo wariantów i opcji, które pozwalają wybrać i dopasować system do wymagań aplikacji. Wybór odpowiedniej technologii wizyjnej, która sprawdzi się w szybkozmiennej aplikacji wytwórczej, może przyprawić o prawdziwy ból głowy, ponieważ nie istnieją dwa takie same procesy produkcyjne. Od typu produktu i związanych z nim wymagań klientów, przez park maszynowy aż po dostawców komponentów składowych ? wymagania każdej aplikacji będą inne.
Niedrogie czujniki wykorzystywane do inspekcji i identyfikacji kluczowych cech produktu mogą w dłuższej perspektywie okazać się bardzo drogie. Niepełna inspekcja może być przyczyną zmniejszenia produktywności ze względu na reklamacje i nieprzewidziane przestoje. Wiele procesów wytwórczych wymaga zastosowania systemu wizyjnego, który jest w stanie wykryć każdą wadę produktu bez potrzeby spowalniania procesu na czas inspekcji. Ważne jest przy tym, aby system taki był intuicyjny i łatwy w obsłudze.
Systemy wizyjne bazujące na technologii PC są wykorzystywane do tworzenia wyspecjalizowanych, szybkich inspekcji i przeprowadzania identyfikacji w operacjach wytwórczych. Są kombinacją kamer, optyki, oświetlenia i złożonego programu, który tworzony jest przez użytkownika lub integratora na komputerze hoście przy użyciu standardowych języków programowania, takich jak C#, i zakupionych gotowych algorytmów przetwarzania obrazu.
Odpowiednia kamera wraz ze współczesnym komputerem klasy PC to niedrogi i atrakcyjny duet do tworzenia własnego, dopasowanego do wymagań aplikacji systemu wizyjnego. Mniej zaawansowani użytkownicy mogą mieć jednak problem z implementacją takiego systemu (i zwykle konieczną późniejszą optymalizacją kodu). Kod algorytmu przetwarzania obrazu musi być napisany tak, aby program efektywnie pobierał obraz z kamery, możliwie szybko ekstrahował pożądane cechy i analizował je oraz generował informację do systemu sterowania.
Niektóre procesy wytwórcze wymagają pełnej kontroli produktów. Jednym z przykładów jest produkcja pinów do płytek PCB ? kształt i wymiary każdego z pinów muszą zostać sprawdzone. Aby można było stwierdzić, czy produkt spełnia wymagania, system wizyjny musi pobrać zdjęcia z kamery i wyodrębnić z nich krawędzie pinu. Dodatkowy kod sprawdza, czy kształt i wymiary pinu są odpowiednie. Ostatecznie program musi wygenerować i przesłać do mechanizmu wykonawczego (lub systemu sterowania procesem) decyzję, czy pin zostaje odrzucony, czy może trafić do kolejnego etapu produkcji.
Etap wdrażania systemu wizyjnego PC może pochłonąć setki godzin pracy inżynierów, a utworzony ręcznie kod programu może zawierać trudne do wyszukania błędy. Jego kopiowanie, a więc i wykorzystanie w przyszłości, mogą być również utrudnione. Ze względu na szybki postęp i krótki czas życia produktów, takich jak kamery i komputery PC, zdublowanie systemu może się okazać niemożliwe przez brak komponentów, które wycofano już z produkcji. Przystosowanie kodu do podobnych, ale nie identycznych urządzeń pociąga za sobą ponowną konieczność programowania, poszukiwania błędów i testowania.
Wbudowane systemy wizyjne
Wbudowane systemy wizyjne mogą zaoferować pewną w działaniu, przyjazną dla użytkownika alternatywę systemów PC do rozwiązywania nietypowych problemów w wymagających aplikacjach. Systemy takie składają się z wbudowanego kontrolera ze zintegrowanym oprogramowaniem, podłączanego bezpośrednio do jednej lub więcej kamer różnego typu (o różnej rozdzielczości, prędkości i rejestrowanych barwach). Wbudowany system wizyjny, który ma możliwość współpracy z różnymi kamerami, pozwala użytkownikowi swobodnie dokonać jej wyboru zgodnie z wymaganiami aplikacji i kwotą, jaką dysponuje użytkownik. Nie ma potrzeby tworzenia niestandardowego kodu do przechwytywania obrazu z kamery. Integracja kamery wymaga jednie kabla do jej podłączenia.
Aby zapewnić elastyczność i łatwość obsługi, oprogramowanie powinno umożliwiać użytkownikowi tworzenie programu na podstawie gotowych algorytmów i narzędzi, których poprawność działania gwarantuje producent. Oprogramowanie takie to ukłon w stronę inżynierów sterowania, którzy nie mają czasu i/lub doświadczenia w wykorzystaniu tekstowych języków programowania. Narzędzia wizyjne są zwykle wyświetlane w oprogramowaniu w postaci ikon ? zadaniem użytkownika jest przeciągnięcie narzędzi potrzebnych przy tworzeniu danej inspekcji. Każde z dostępnych narzędzi może być w prosty sposób zoptymalizowane do mniej typowego zadania.
Chociaż producenci wbudowanych systemów wizyjnych wyposażają je w coraz szybsze procesory i lepsze kamery, interfejs użytkownika pozostaje taki sam. To eliminuje potrzebę nowych szkoleń i umożliwia ponowne wykorzystanie kodu: programy opracowane 10 lat temu mogą być wciąż z powodzeniem uruchamiane na najnowszych systemach wbudowanych, bez konieczności wprowadzania zmian w sprawdzonym od lat systemie inspekcji.
Wbudowane systemy wizyjne przekazują wyniki inspekcji najczęściej przez standardowe złącze typu Ethernet, przemysłowy protokół sieciowy lub proste wyjście dyskretne, gdy wymagana jest największa prędkość. Dyskretne stany oraz dane przesyłane przez Ethernet są wykorzystywane do klasyfikacji, lokalizacji, orientacji i identyfikacji informacji, która musi być możliwie szybko przekazana do innych modułów obsługujących proces. Dane otrzymane z wbudowanego systemu pozwalają zmniejszyć tolerancje i znacznie zwiększyć szybkość w porównaniu z ręcznym ustawianiem i mocowaniem przedmiotów obrabianych.
Funkcjonalność systemu może zostać powiększona jeszcze bardziej dzięki programom do tworzenia interfejsu człowiek-maszyna (HMI). Oprogramowanie umożliwia użytkownikom sprawną budowę graficznego interfejsu (GUI), na którym wyświetlane są obrazy, wyniki inspekcji, statystyki i kontrolki, za pomocą których można sterować pracą systemu. Interfejs może zostać przystosowany do szablonu obowiązującego w firmie lub przyzwyczajeń operatorów ? wszystko po to, aby praca była jeszcze szybsza i wydajniejsza.
HMI to krytyczny komponent systemu wizyjnego. Jeśli operatorzy nie widzą obrazów z kamer i wyników inspekcji, mogą nie rozumieć, dlaczego produkty są odrzucane. Czysty, dopasowany do aplikacji interfejs z określonymi poziomami dostępu daje bezpieczeństwo: programiści mogą ograniczyć dostęp i możliwość ingerencji w krytyczne narzędzia oraz zadania systemu. Dopracowany interfejs GUI musi mieć kilka poziomów dostępu chronionych hasłem ? to podstawa niezawodności systemu.
Steve Maves jest inżynierem aplikacji w PPT Vision.
Artykuł pod redakcją mgr. inż. Łukasza Urbańskiego, doktoranta w Katedrze Automatyki Przemysłowej i Robotyki Wydziału Elektrycznego Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie.
CE