Systemy wbudowane wsparciem dla widzenia maszynowego

Źródło: Pixabay

Wykorzystanie technologii wbudowanych w systemach wizji maszynowej powoduje, że konfiguracja sprzętu i oprogramowania staje się bardziej elastyczna, a środowisko programistyczne oraz programowanie – bardziej uniwersalne, co w dużym stopniu zwiększa samą elastyczność produkcji. Pomocne są w tym także nowo opracowywane standardy.

Systemy wizji maszynowej znajdują się obecnie w złotym okresie swojego rozwoju. Jest to spowodowane tym, że szersze wykorzystywanie technologii wbudowanych ułatwia programowanie i zwiększa elastyczność, dzięki czemu zmniejszają się koszty systemów wizji maszynowej, poprawia się ich funkcjonalność oraz zwiększa ilość zastosowań. Tak jak w przypadku wszechobecnych sieci bezprzewodowych, wkrótce zyskamy możliwość standardowej konfiguracji produktów z branży oprogramowania i sprzętu wizji maszynowej w różnych gałęziach przemysłu.

Amerykańska firma konsultingowo–badawcza Transparency Market Research spodziewa się, że wartość globalnego rynku wizji maszynowej zwiększy się z 15,7 mld dolarów w 2014 r. do ok. 28,5 mld dolarów w 2021 r., przy czym skumulowany roczny wskaźnik wzrostu wyniesie 8,4%.

System wizji maszynowej jest nieodzowny dla automatyki w zakładzie przemysłowym, pozycjonowania podzespołów przy ich montażu, kontroli jakości, identyfikacji produktów, wykonywania pomiarów przestrzennych oraz wielu innych aplikacji. Ludzkie oko nie może sprostać wymaganiom wysokiej precyzji, niezbędnym w przypadku szybkiej linii produkcyjnej.

Koszty i funkcje wizji maszynowej

Jak to się stało, że ceny systemów wizji maszynowej spadają, natomiast ich możliwości rosną? Wbudowany system wizji maszynowej, stanowiący dobre rozwiązanie dla coraz większej liczby aplikacji, wymaga zastosowania mikroprocesorów. Od lat 90. XX wieku bardzo szybko rozwinęły się technologie mikroprocesorowe i półprzewodnikowe, a wraz z nimi technologie wizji maszynowej. Można przyjąć, że obszar prac nad mikroprocesorami i półprzewodnikami stał się niejako miejscem narodzin wizji maszynowej.

W Europie i USA od dawna wykorzystywano wiele technologii przetwarzania obrazu. Stopniowo ewoluowały one w kierunku wizji maszynowej, szeroko stosowanej obecnie na obu kontynentach, szczególnie w przemyśle półprzewodnikowym i elektronicznym. Dzisiejsze mikroprocesory mają zwiększoną moc obliczeniową, ich zużycie energii zostało znacznie zmniejszone, wymiary stały się bardziej kompaktowe, zaś ceny ogólnie nie wzrosły.

Szybciej, taniej, lepiej

Weźmy dla przykładu mikrokomputer Raspberry Pi 3, dostępny na rynku od lutego 2016 r. Wyposażony w czterordzeniowy 64-bitowy chip o częstotliwości taktowania 1,2 GHz oraz pamięć RAM 1 GB, ma o 50% większą moc obliczeniową niż Raspberry Pi 2, podczas gdy jego cena nadal wynosi ok. 35 dolarów, czyli tyle samo co mikrokomputer Raspberry Pi Model B+, który ukazał się na rynku pięć lat temu.

Koszty jednostkowe mogą być zredukowane o połowę, gdy we wbudowanych systemach wizji maszynowej zastosuje się dodatkowe kompaktowe mikroprocesory o dużej mocy obliczeniowej i małym poborze energii.

Integracja wizji maszynowej

Gdy system wizji maszynowej jest zintegrowany ze standardowym komputerem, zwiększają się wymagania wobec personelu technicznego. Dzieje się tak, ponieważ integracja ta obejmuje wiele technologii, w tym m.in. oświetlenie, obrazowanie, digitalizację obrazu, algorytm przetwarzania obrazu, kwestie związane z oprogramowaniem oraz sprzętem.

Wykorzystanie wbudowanych systemów wizji maszynowej powoduje, że konfigurowanie oprogramowania i sprzętu staje się bardziej elastyczne, zaś środowisko programistyczne i programowanie – bardziej uniwersalne.

Wbudowany system wizji maszynowej ułatwia produkcję masową oraz rozbudowę linii produkcyjnych, znacząco zwiększa elastyczność produkcji, a także umożliwia szybsze reagowanie na ogólne potrzeby systemów obsługujących przedsiębiorstwo, współpracujących z fabrycznymi systemami wizyjnymi.

Pomocne standardy

Postęp we wprowadzaniu technologii wizji maszynowej do systemów wbudowanych będzie coraz szybszy również dzięki opracowywaniu kolejnych światowych standardów.

W czerwcu 2016 r. Chińskie Zjednoczenie Przemysłu Wizji Maszynowej (China Machine Vision Industry Alliance – CMVU) stało się piątym członkiem porozumienia G3, czyli międzynarodowej grupy G3 Standarization Initiative, działającej od 2009 r. i współpracującej przy tworzeniu nowych, wspólnych standardów dotyczących wizji maszynowej. Jej założycielami byli: północnoamerykańska AIA (Automated Imaging Association), Europejskie Stowarzyszenie Wizji Maszynowej (European Machine Vision Association – EMVA) oraz Japońskie Stowarzyszenie Obrazowania Przemysłowego (Japan Industrial Imaging Association – JIIA). W roku 2014 do tej trójki dołączył Związek Niemieckich Producentów Maszyn i Urządzeń Przemysłowych (Verband Deutscher Maschinen und Anlagenbau – VDMA).

Wydanie w kwietniu 2016 r. przez G3 broszury „Globalne Standardy Interfejsu Wizji Maszynowej” („Global Machine Vision Interface Standards”), podobnie jak podpisanie umowy „Inicjatywa Standaryzacji G3” („G3 Standarization Initiative”), skróci okresy rozwoju poszczególnych projektów, zmniejszy koszty inwestycji oraz przyspieszy wprowadzanie produktów na rynek.

Wizja maszynowa w koncepcji Przemysłu 4.0

Aby zaadaptować wizję maszynową do koncepcji Przemysłu 4.0 i produkcji w fabrykach przyszłości, organizacja handlowa VDMA Machine Vision, reprezentująca firmy europejskiego sektora wizyjnego oraz OPC Foundation, promująca otwarte standardy komunikacyjne, rozpoczęły formułowanie „Standardu OPC Wspierającego Wizję Maszynową z Jednolitą Platformą” („OPC Supporting Standard of Machine Vision with Uniform Framework”). Ma to pomóc w integrowaniu systemu wizji maszynowej bezpośrednio ze sterowaniem produkcją i systemem IT, maksymalizując przy okazji wydajność produkcji.

Koncepcja Przemysłu 4.0 odnosi się do połączenia technologii produkcyjnej oraz informatycznej (IT), podczas gdy wizja maszynowa jest jedną z najważniejszych technologii wspierających, która dostarcza informacje dla Przemysłu 4.0.

System wbudowany pomoże ukształtować przyszłość systemów wizji maszynowej oraz być może doprowadzi do powstania bardziej kompaktowych produktów, a także większej liczby aplikacji związanych z obróbką obrazu. Ponadto łatwiej go zintegrować z procesami realizowanymi w fabryce, niż niezależny system oparty na komputerach klasy PC.


Stone Shi jest redaktorem naczelnym magazynu „Control Engineering China”.