Systemy wizyjne gwarantem najwyższej kontroli jakości

Dzięki zastosowaniu systemów wizyjnych szybkość produkcji idzie w parze z wysoką jakością produkowanych komponentów. Stosowanie niezawodnych systemów do „rozpoznawania” wytwarzanych produktów to obecnie standard nie tylko w branży automotive, ale także w wielu innych gałęziach przemysłu, w których zachodzi potrzeba kontrolowania procesu produkcyjnego.
S ystemy wizyjne niewątpliwie doskonale zastępują oko ludzkie w kontroli poprawności produkcji. Pominięcie czynnika ludzkiego daje gwarancję otrzymania produktu najwyższej jakości.

Proste wersje systemów wizyjnych umożliwiają kontrolę obecności i pozycji detali, poprawność ich montażu oraz rozpoznawanie i zliczanie obiektów. Sprawdzany może być ich rozmiar, kształt lub kolor. Weryfikacja może się odbywać również za pomocą odczytywania oznaczeń, nadruków, etykiet lub odczytu kodów kreskowych. Z kolei bardziej złożone zadania związane z inspekcją wizyjną wymagają już zastosowania wydajnych systemów, wykorzystujących kamery inteligentne z odpowiednimi kontrolerami i urządzeniami do analizy obrazu, które sprawdzą się w warunkach przemysłowych.
Rynek w liczbach
Perspektywa rozwoju w najbliższych latach rynku systemów wizyjnych przedstawia się optymistycznie. Według analizy rynku przeprowadzonej przez globalną firmę doradczą Frost & Sullivan, dostarczającą od wielu lat rzetelnych badań rynkowych, do 2016 r. wartość rynku systemów wizyjnych będzie wynosiła 6,75 mld USD. Z kolei z badania przeprowadzonego przez firmę MarketsandMarkets wynika, że przychody w tym obszarze rynku wyniosą 5 mld USD.
Jak podaje pierwszy z wymienionych raportów, technologie wizyjne, które jawiły się często jako rozwiązanie drogie, nieporęczne i niełatwe w interpretacji, w ostatnich latach zostały w znacznym stopniu udoskonalone, stając się integralną częścią kontroli jakości na liniach produkcyjnych. Co więcej postępy, które dokonały się w rozwoju czujników, procesorów sygnałowych oraz FPGA (Field Programmable Gate Array), czyli bezpośredniego programowania bramek macierzy, przyczyniły się do rozszerzenia pola ich zastosowania. Można również zaobserwować stopniowy wzrost znaczenia systemów wizyjnych w takich obszarach, jak nadzór, transport czy inżynieria biomedyczna.
– Największy potencjał ma rynek kamer przemysłowych. Dzięki innowacjom technologicznym, pozwalającym zintegrować je z czujnikami oraz zrobotyzowanymi stanowiskami, ich sprzedaż będzie wzrastać lawinowo – twierdzi Vijay Mathew, jeden z menedżerów Frost & Sullivan.
Przede wszystkim inspekcja
Z przeprowadzonej przez Control Engineering Polska ankiety wynika, że zarówno użytkownicy (56%), jak i dostawcy (100%) uważają, że głównym obszarem wykorzystania systemów wizyjnych jest inspekcja. Zastosowanie inspekcji detali, pomiarów geometrycznych, rozpoznawania kształtu, konturów itd. zapewnia skuteczne wykrywanie wad.

Dla obu sondowanych grup bardzo ważne są także: weryfikacja, odczyt kodów paskowych, pomiar gabarytów oraz roboty. Współpracujące z robotami przemysłowymi systemy wizyjne są niejako oczami maszyny, umożliwiającymi odpowiednie ocenienie jakości produktu na podstawie algorytmu i zapisanego wzorca. Posługując się tymi informacjami, robot jest w stanie oddzielić produkty wadliwe od prawidłowych.
Innymi ważnymi obszarami zastosowań technologii wizyjnej wymienionymi przez ankietowanych w dalszej kolejności są: systemy pakujące, rozpoznawanie znaków graficznych, kontrola, dozór i akwizycja danych, diagnostyka, sterowanie i kontrola ruchu, utrzymanie ruchu, sterowanie maszyn, sprzęt CNC, testowanie oraz systemy pakujące. Na końcu listy zastosowań systemów wizyjnych znalazły się również: sprzęt drukujący, procesy sieciowe Web, pompy, wentylatory, mieszadła, wirówki, ciągłe przetwarzanie produktów, dozór obiektów, produkcja elementów dyskretnych, procesy ciągłe i sekwencyjne.
Niższe koszty produkcji
Nie ma wątpliwości, że zastosowanie systemów wizyjnych przynosi wiele korzyści. Z ankiety przeprowadzonej przez Control Engineering Polska wynika, że głównymi powodami stosowania systemów wizyjnych jest możliwość obniżenia kosztów produkcji i kosztów wynikających z późniejszych reklamacji produktów (72% użytkowników i 75% dostawców), jak również chęć poprawy jakości produktu końcowego, co bezpośrednio wiąże się z redukcją liczby produktów wadliwych (67% użytkowników i 83% dostawców). Dla 75% dostawców powodem, ze względu na który systemy wizyjne cieszą się coraz większą popularnością jest też zbyt szybka produkcja, uniemożliwiająca wykonanie manualnej kontrolijakości.
Ważne są również poprawa konkurencyjności wytwarzanych produktów na rynku międzynarodowym oraz optymalizacja procesów produkcyjnych w celu polepszenia wskaźników finansowych. Mniej istotne wydają się konieczność wykorzystania systemu wizyjnego do poprawienia działania aplikacji oraz chęć sprostania zaostrzonym wymaganiom prawnym kontroli jakości (np. ISO). Wśród odpowiedzi „inne” pojawiła się możliwość zapamiętywania danych i tworzenia raportów dotyczących jakości produkcji.
Mała awaryjność
W odpowiedzi na pytanie dotyczące częstotliwości awarii systemów wizyjnych uzyskaliśmy następujące odpowiedzi użytkowników: rzadko (67%), czasami (17%), często (11%) oraz nigdy (5%). Z kolei z praktyki ankietowanych dostawców wynika, że usterki zakupionych systemów wizyjnych zgłaszane są przez klientów niezwykle rzadko (92%) bądź nigdy (8%).

Do najczęściej pojawiających się problemów eksploatacyjnych systemów wizyjnych należą zdaniem respondentów błędy pomiarowe wynikające z niewłaściwego rozmieszczenia oświetlenia – twierdzi tak 67% użytkowników i 50% dostawców. W dalszej kolejności awarie związane są ze źle dobranym kątem obrazowania i określonymi parametrami rejestracji obrazu, błędami decyzyjnymi (np. przy analizie jakościowej), problemami z poprawną i szybką transmisją dużej ilości danych generowanych przez system wizyjny. Ankietowani zwrócili także uwagę na takie aspekty, jak niewystarczająca/zmienna w zależności od warunków pracy precyzja systemów wizyjnych oraz trudności z integracją systemu wizyjnego z innymi urządzeniami peryferyjnymi.
Branża motoryzacyjna na czele
Głównym odbiorcą systemów wizyjnych jest motoryzacja. Tego zdania jest aż 92% ankietowanych dostawców oraz 83% użytkowników. Systemy wizyjne wykorzystywane są w przemyśle samochodowym przede wszystkim do przeprowadzania takich czynności, jak: sprawdzanie położenia i obecności elementów po montażu, kontrola wykonania otworów, nałożenia past uszczelniających oraz obecności uszczelek przed montażem czy odczytywanie kolorowych oznaczeń.
Tuż po branży automotive – zgodnie z typowaniami dostawców – pojawiły się następujące branże: tworzyw sztucznych (75%), opakowaniowa (67%), farmaceutyczna i elektroniczna (59%), medyczna (42%), kosmetyczna (33%) oraz produkcji AGD i biomedyczna (17%). Natomiast w opinii sondowanych użytkowników oprócz motoryzacji najważniejszymi odbiorcami systemów wizyjnych jest przemysł elektroniczny (67%), farmaceutyczny (61%) oraz spożywczy, opakowaniowy i tworzyw sztucznych.
Przykładowo w przemyśle farmaceutycznym za pomocą systemu wizyjnego możliwa jest weryfikacja napełnienia blistrów, natomiast w branży spożywczej kontroluje się w ten sposób datę przydatności do spożycia, czystość opakowań przed napełnieniem oraz poziom ich napełnienia czy poprawność ich zamknięcia. Dzięki systemom wizyjnym możliwe jest pozycjonowanie opakowań bez konieczności użycia markerów.
Z kolei np. w przemyśle elektronicznym systemy wizyjne stosuje się do kontroli obecności i położenia elementów, weryfikacji działania wskaźników, pozycjonowania oraz kontroli jakości wyświetlaczy itd.
Warto dodać, że według 75% ankietowanych głównymi odbiorcami systemów wizyjnych są klienci końcowi (zakłady przemysłowe). W dalszej kolejności znaleźli się: integratorzy systemów (58%), producenci OEM (25%) oraz dystrybutorzy (8%).
Powody wzrostu popularności
Wśród wymienionych przez respondentów powodów wzrostu popularności systemów wizyjnych w Polsce na pierwszym miejscu znalazł się spadek cen omawianych produktów. Twierdzi tak 56% użytkowników oraz połowa dostawców. Również zaostrzone prawo dotyczące norm jakości wytwarzanych produktów wpływa na poprawę wyników sprzedaży rozwiązań wizyjnych.
Mniej istotnymi, aczkolwiek ważnymi czynnikami wpływającymi na zwiększenie zainteresowania rozwiązaniami wizyjnymi są: obecność wyszkolonej w tej dziedzinie kadry, dobra oferta szkoleniowa, coraz bardziej przyjazne interfejsy programowe i użytkowe, które bazują na popularnych formatach i standardach (np. Microsoft Windows), uproszczenie sposobu wdrażania systemów wizyjnych. Dla ankietowanych duże znaczenie ma szybki zwrot poniesionych kosztów inwestycji, potrzeba poprawy jakości, zapobieganie zwrotom produkowanego towaru.
Faktem jest, że system wizyjny jest szybszy od człowieka i niejednokrotnie wykrywa wady ukryte, których człowiek nie jest w stanie wykryć za pomocą prostej obserwacji wizualnej.

Ponadto warto podkreślić, że niezawodność wizyjnych systemów jakości jest dużo większa niż w przypadku człowieka. Tego zdania jest 67% użytkowników oraz 83% dostawców. Pozostały odsetek respondentów uważa, że zależy to od aplikacji.
Sprzedaż i kupno
Jak wynika z odpowiedzi udzielonych przez dostawców, ostatnie półrocze było udane, jeśli chodzi o sprzedaż systemów wizyjnych. 83% uważa, że liczba sprzedanych systemów wizyjnych w ciągu minionego półrocza wzrosła, natomiast w opinii reszty respondentów pozostała bez zmian.Dostawcy z optymizmem podchodzą do tego, co wydarzy się w najbliższej przyszłości na tym rynku. Większość z nich jest przekonana, że nadchodzące miesiące będą sprzyjały sprzedaży (wykres 4).
Zgodnie z odpowiedziami 92% dostawców kamery wizyjne są sprzedawane głównie w systemach. Pozostały odsetek jest zdania, że produkty te sprzedawane są samodzielnie.
Przyjrzyjmy się teraz planom zakupowym ankietowanych użytkowników. Połowa z nich deklaruje zwiększenie liczby kupowanych systemów wizyjnych, natomiast plany zakupowe drugiej połowy pozostaną bez zmian w porównaniu z ostatnim półroczem.
Ważne wsparcie techniczne
Wśród najważniejszych cech systemów wizyjnych wymienianych przez ankietowanych znalazło się wsparcie techniczne (wykres 1). Ocena jego poziomu, jak również współpracy z dostawcami wypadła bardzo korzystnie. 61% użytkowników wystawiło swoim dostawcom ocenę dobrą, 28% – bardzo dobrą, natomiast pozostała część grupy (11%) nie jest zadowolona ze współpracy ze swoimi dotychczasowymi dostawcami.
Użytkownicy cenią sobie m.in. możliwość korzystania z serwisów online, uczestniczenia w szkoleniach, wsparcie przy testach oraz wstępnej integracji, a także kompetentny serwis.
Koszt zakupu
Czy cena systemu wizyjnego ma istotny wpływ na decyzję zakupową? Jak pokazuje wykres 1, ma ona znaczenie w opinii 44% użytkowników oraz 58% dostawców. Ponad połowa (61%) respondentów nie ma wątpliwości co do adekwatności ceny systemu do jego możliwości i korzyści z jego zastosowania. Natomiast 39% sondowanej grupy nie podziela tej opinii.
Gdyby w grę wchodziło zmniejszenie ceny powyżej 21%, to na zwiększenie zakupu zdecydowałoby się 39% ankietowanych użytkowników. 17% grupy rozważałoby zakup większej liczby systemów wizyjnych, gdyby ich cena zmniejszyła się o 1120%, a 11% sondowanych zadeklarowało, że na decyzję o zwiększeniu zakupów miałoby wpływ zmniejszenie ich obecnej ceny o 510%. Jak wynika z badania, co trzeci ankietowany użytkownik twierdzi, że cena zakupu nie ma dla niego żadnego znaczenia.
Ale dla połowy dostawców biorących udział w sondażu zmniejszenie ceny nie wchodzi w grę. 42% z nich byłoby skłonnych rozważyć zmniejszenie ceny systemów wizyjnych o 510%, a 8% osób – o 1120%, mając w perspektywie znaczne zwiększenie ich sprzedaży.
Co na rynku?
Jednym z przykładów ciekawych rozwiązań są wprowadzone przez firmę Omron kompaktowe systemy wizyjne, które zostały zaprojektowane z myślą o szybkiej i wydajnej pracy na każdym etapie procesu – począwszy od przechwytywania obrazu, a skończywszy na przesyłaniu danych wyjściowych. Nowe systemy wizyjne FH zapewniają bezproblemową integrację ze sterownikami PLC, kontrolerami ruchu i systemami sterowania. Dostosowane są do współpracy z wszelkiego rodzaju szybkimi maszynami produkcyjnymi. Co ważne, systemy wizyjne FH wyposażone są w nowy, bardzo wydajny algorytm wizyjny, szybką magistralę do przesyłania obrazów, czterordzeniowy procesor i szybką komunikację EtherCAT.
Wiele zalet ma również zaprezentowana przez spółkę Cognex Corporation nowa seria kamer Cognex Industrial Camera (CIC) z interfejsem GigE Vision, przeznaczonych do łatwej integracji z oprogramowaniem widzenia komputerowego VisionPro i CVL. Pierwsze cztery modele serii CIC to kompaktowe (29×29 mm) monochromatyczne kamery do skanowania powierzchni, z najpopularniejszymi kombinacjami rozdzielczości, szybkości i ceny na rynku widzenia komputerowego. Dzięki integracji z oprogramowaniem VisionPro możliwy jest dostęp do kompleksowej biblioteki opatentowanych narzędzi do widzenia komputerowego – od lokalizacji geometrycznej i inspekcji obiektów po algorytmy identyfikujące i pomiarowe. W kombinacji z elastycznym i mocnym interfejsem na bazie PC oprogramowanie VisionPro ułatwia wytwarzanie i wprowadzanie rozwiązań dla najbardziej wymagających zastosowań widzenia komputerowego.
Z kolei GigEPRO to nowy model kamer serii GigE firmy NET New Electronic Technology, znacząco poprawiający wyniki przetwarzanych obrazów w aplikacjach przemysłowych. Osiągnięto to dzięki zastosowaniu układów mikroelektroniki o dużej wydajności, odpowiedzialnych za procesy przetwarzania obrazów w czasie rzeczywistym, które odbywają się wewnątrz kamery.
Warto zauważyć, że w przemysłowych systemach wizyjnych kamery często tylko przejmują obraz i przygotowują go do transmisji. Kolejnym krokiem przetwarzania obrazu jest jego analiza na zewnętrznym komputerze PC. Taki proces analizy obrazu w czasie rzeczywistym na wyniesionych komputerach może okazać się nieekonomiczny. Dzięki wykorzystaniu FPGA proces przetwarzania obrazu odbywający się w czasie rzeczywistym wewnątrz kamery przemysłowej może być znacznie szybszy i mniej kosztowny.
Kamery GigEPRO wykorzystywane są w aplikacjach przemysłowych, gdzie wymagany jest bardzo szybki transfer danych. Stosuje się je także w systemach o dużej liczbie kamer, gdzie wymagana jest zaawansowana analiza przetwarzanych obrazów oraz w aplikacjach z wyniesionymi jednostkami komputerów PC o ograniczonej mocy obliczeniowej. Są one zbudowane w oparciu o system „kamer otwartych”. Pozwala to doświadczonym klientom oraz integratorom systemów na indywidualne programowanie kamer zgodnie z przyjmowanymi założeniami. Kamery GigEPRO umożliwiają wykorzystanie standardowo zaimplementowanych funkcji przetwarzania obrazów oferowanych przez firmę NET, a także umożliwiają zastosowanie własnych funkcji oraz ich kombinacji. Kamery dostarczane są z podstawowym oprogramowaniem SynView, obejmującym komplet podstawowych narzędzi programowania, generator kodu dla programowalnych aplikacji oraz podstawowy podgląd widoku z kamer firmy NET, wspierających standard transmisji GigE.
Coraz większa konkurencja panująca wśród firm produkcyjnych oraz zaostrzona walka o klienta sprawiają, że koniecznością staje się rygorystyczna weryfikacja jakościowa produktów, przeprowadzana już na etapie początkowego ich wytwarzania. Dzięki temu możliwa jest natychmiastowa reakcja na zmieniające się parametry procesu, na skutek czego nie dochodzi do dalszego przetwarzania wadliwych półproduktów.
Minimalizację liczby błędów będącą warunkiem osiągnięcia wysokiej wydajności w produkcji można osiągnąć, przeprowadzając systematycznie ukierunkowane kontrole w ramach procesu. Do tego celu świetnie nadają się systemy kontroli wizyjnej, które z roku na rok zyskują na popularności.
CE