Technologia pomiarów wizyjnych w zastosowaniu śledzenia partii towarów

Czujniki wykorzystywane w systemach sterowania wytwarzaniem i dystrybucją pozwalają śledzić produkty najistotniejsze i te najbardziej podatne na zniszczenia.
Pomiary wizyjne są najistotniejszą częścią procesu produkcji przemysłowej, zarówno pomagającą zoptymalizować wydajność pracy, jak i poprawiającą jakość produktu przez wykrywanie wadliwych elementów przed opuszczeniem linii produkcyjnej. Czujniki wizyjne widzą, analizują i interpretują dane ze złożonych inspekcji wizyjnych, wliczając w to weryfikację, kontrolę wymiarów, dokładność pomiarów, orientację, wykrywanie wad oraz sortowanie. Pomiary wizyjne są szczególnie ważne z punktu widzenia przemysłu spożywczego, gdyż zapewniają śledzenie partii towarów oraz funkcje kontrolne produktów od początku procesu wytwórczego aż do momentu pakowania.
Pomiary wizyjne (techniki obrazowania) zapewniają producentom nadzór nad wieloma procesami, począwszy od maszyn i robotów, skończywszy na jakości wytwarzanych towarów oraz ich inspekcji. Zaczynając od kamery, która określa zakres właściwości produktu i wydajność, oraz systemu sterowania wykorzystywanego do interpretowania danych pochodzących z czujników, pomiary wizyjne umożliwiają użytkownikom definiowanie specyficznych dla danego produktu parametrów dla celów kontrolnych. Proces inspekcji składa się z trzech kroków: kamera pozyskuje obraz elementu, następnie procesor analizuje ten obraz, na koniec określa, czy element przeszedł proces kontroli pozytywnie czy negatywnie, przekazując wynik dalej na linię produkcyjną.
Pomiary wizyjne są nadrzędnym narzędziem detekcji procesu wytwarzania ze względu na możliwość pracy asynchronicznej, pozwalającej obsługiwać linie produkcyjne działające z bardzo dużymi prędkościami, umożliwiającej czujnikom wykrywanie produktów ze 100% dokładnością. Dla porównania ludzka możliwość rozpoznawania w najlepszym przypadku wynosi około 80%. Ponadto czujniki wizyjne są w stanie zapewnić jednoczesną, powtarzalną, wielokrotną i spójną kontrolę obiektów (takich samych lub różniących się od siebie), dostarczając wiarygodnych wyników dla potrzeb złożonych detekcji. Dzięki ich przyjaznym dla użytkownika, łatwym w instalacji aplikacjom, rozszerzonym funkcjom i niezawodnej komunikacji z urządzeniami wykonawczymi, dzisiejsze pomiary wizyjne oferują nieomal uniwersalne rozwiązanie, dostarczając efektywnych w znaczeniu kosztowym, skutecznych i sterowalnych możliwości wizyjnych dla producentów.
Wykrywanie obecności i nie tylko
Pomiary wizyjne są narzędziem inspekcyjnym wykorzystującym i interpretującym światło (bądź jego brak), aby sterować maszynami i procesami wykrywania produktu. W przeciwieństwie do tradycyjnych czujników fotoelektrycznych wykrywających obecność w uproszczony sposób, czujniki wizyjne potrafią także analizować kolor, kształt, rozmiar czy pozycję obiektu. Czujniki te nie czekają na element, aby rozpocząć inspekcję, zamiast tego wykorzystują specjalnie wygenerowane światło do oświetlenia oraz uchwycenia całego obrazu w celu uzyskania kompletnego wizualnego sprzężenia zwrotnego. Pojedynczy sensor ma możliwość kontroli wielu punktów na obiekcie, co redukuje wymagania sprzętowe podczas zwiększenia zasięgu działania. Czujniki wizyjne „widzą” obszar i wykrywają wiele tysięcy punktów (pikseli) w określonym polu. Użytkownik może zmienić nastawienia soczewki czujnika, powodując tym samym zmniejszenie lub zwiększenie pola widzenia, w celu uzyskania najdokładniejszego widoku elementu, nawet w razie potrzeby na poziomie mikroskopijnym. W dziedzinie pozyskiwania obrazu pomiary wizyjne zapewniają wyjścia cyfrowe z rozszerzonymi możliwościami komunikacyjnymi, pozwalającymi użytkownikom wysyłać duże ilości danych na temat części obiektulub jego cechach, transmisją szeregową bądź z wykorzystaniem protokołów sieciowych takich jak Ethernet. Umożliwia to obieg danych po całym przedsiębiorstwie.
Dla przykładu, w procesie wytwarzania żywności czujniki wizyjne mogą oceniać poprawność etykiet na opakowaniach produktów spożywczych, czytając 2-wymiarową tablicę danych znajdującą się na kodzie kreskowym lub dopasowując wzór na etykiecie. Nie jest to jedynie ochrona przed nieprawidłowym pakowaniem produktu w opakowania, pozwala również efektywnie śledzić drogę wyrobu przez cały proces wytwórczy. Dodatkowo pomiary wizyjne mogą weryfikować, czy data i seria są czytelnie wydrukowane, zapewniając tym samym łatwą identyfikację produktów w przypadku konieczności ponownego ich odszukania.
Udoskonalona komunikacja
W większości przypadków czujniki wizyjne mają wiele możliwości komunikowania się z interfejsem systemu sterującego, począwszy od prostych I/O cyfrowych przez transmisję szeregową na protokole Ethernet kończąc. I/O cyfrowe wykorzystywane są, jeżeli system wymaga dużych prędkości przesyłu bądź prostego sterowania, np. wyzwalania czy sygnalizowania wyjściami stanu przepuść, odrzuć. Komunikacji szeregowej i Ethernetu używa się do transferu danych i informacji systemowych, takich jak nazwy wzorców, liczba elementów przepuszczonych/odrzuconych i tryb programu. W momencie kiedy wymagana jest szybka komunikacja, np. podczas wysyłania obrazów, Ethernet jest podstawowym rozwiązaniem.
Komunikacja z wykorzystaniem protokołu Ethernet zapewnia łatwość konfigurowania i pracy w sieci podczas procesu produkcyjnego. Wraz z nadejściem standardowych protokołów ethernetowych pomiary wizyjne zyskały możliwość wymiany danych wejściowych i wyjściowych bezpośrednio ze sterownikami PLC, interfejsami HMI oraz pozostałymi urządzeniami wykorzystywanymi w procesie produkcyjnym przy minimalnym nakładzie pracy na programowanie komend, pozwalając operatorom pozyskiwać dane w sposób szybki i łatwy. Dla przykładu użytkownik może uzyskać dostęp do potrzebnych danych inspekcyjnych, takich jak czas inspekcji, statusu elementów przepuszczonych/odrzuconych, błędów systemowych, wyzwalania (bądź jego braku), sygnału gotowości oraz innych dodatkowych danych kontrolnych czytanych bezpośrednio z urządzeń znajdujących się na linii produkcyjnej. Ponadto dostęp do danych wykorzystywanych podczas identyfikacji i ich aktualizacja może odbywać się w sposób zdalny, wliczając w to zmiany minutowe wzorca zapewniające wielokanałową kontrolę nad produkcją. W aplikacjach rozpoznających kody kreskowe komunikacja poprzez Ethernet pozwala na zmianę referencyjnego wzoru kodu i załadowanie go automatycznie do czujnika.
Udoskonalona inspekcja
Wdrożone w ostatnich latach ulepszenia poprawiły łatwość korzystania z pomiarów wizyjnych. Usprawnienia w możliwościach paneli dotykowych i algorytmach inspekcyjnych pozwoliły wyspecjalizowanym czujnikom na pracę bez konieczności podłączenia do komputera, co eliminuje potrzebę okablowania. Dla przykładu, niektóre funkcje kontrolne sensorów, takie jak odczyty dopasowania, występujących wad, sortowania czy kodów kreskowych, nie dość, że stanowią wielkie usprawnienie, są dodatkowo łatwe w konfiguracji. Instalacja i konfiguracja jest prosta ze względu na wykorzystywane narzędzia, które pomagają przeprowadzić użytkownika przez proces wyboru wybranych inspekcji dla każdego produktu. Dzięki temu technolog, żeby dokonać konfiguracji inspekcji, tak aby odbywała się ona na wielu produktach, nie musi wykorzystywać do tego celu laptopa na linii produkcyjnej. Z uwagi na zaawansowane funkcje czujniki wizyjne są zdolne do przechowywania do 100 przeprowadzonych kontroli w jednym czasie, pracując na bardzo szybkich liniach produkcyjnych, w związku z tym nagłe zmiany produkcji są łatwe do wdrożenia. Konfiguracja i testowanie mogą zostać przeprowadzone zdalnie, przy wykorzystaniu emulatora czujnika pozwalającego na uaktualnienia i modyfikacje offline, co skraca czas ustawiania na aktualnie wykorzystywanym sprzęcie produkcyjnym.
Pomiary wizyjne oferują też możliwość zdalnego monitorowania, łącząc w pary czujniki i rozdzielając ekrany dotykowe, aby wspomóc zdolności inspekcyjne w trudnych do nadzorowania obszarach. W momencie kiedy zainstalowane są wszystkie sensory, użytkownik może zdalnie zmieniać, monitorować i aktualizować wymogi inspekcyjne dla wszystkich czujników jednocześnie, co jest rozwiązaniem wygodnym i elastycznym.
W procesach wytwarzania żywności i innych wilgotnych środowiskach pomiary wizyjne mogą być dokonywane w klasie ochrony IP67 lub wyższej, wykorzystując plastikowe bądź wykonane ze stali nierdzewnej obudowy.
Wdrożenia
Pomiary wizyjne mogą spełniać wyspecjalizowane funkcje w procesie pakowania i dystrybucji żywności, począwszy od czytania kodów kreskowych na kartonach, na weryfikowaniu etykiet skończywszy. Dla przykładu, wiele operacji przeprowadzanych podczas produkcji żywności wymaga umieszczenia na opakowaniu daty i numeru serii. W celach weryfikacyjnych każdy karton ma na sobie wydrukowaną informację, czujnik wizyjny może wykorzystać kontrolną funkcję porównywania, która pozyskuje obraz daty/numeru serii. Podczas przeprowadzania inspekcji, gdy sensor wykryje opakowanie bez wydrukowanego kodu, czujnik wyśle informację do wyjścia cyfrowego systemu sterowania o tym zdarzeniu, które zasygnalizuje linii, aby odrzuciła dany produkt. Rozwiązanie to zapewnia łatwe rozpoznawanie właściwej ilości wyrobów w momencie wystąpienia informacji o wycofaniu.
Funkcje śledzenia towarów są również bardzo istotne dla zapewnienia rozpoznawalności produktu. Na przykład pomiar wizyjny może efektywnie kontrolować i rozpoznawać butelki wina, czytając kody kreskowe. Czujnik w pierwszej kolejności czyta 2-wymiarową tablicę kodów z danymi, zazwyczaj umieszczonych na etykietach butelek. Zeskanowana informacja jest przetwarzana przez czujnik wizyjny poprzez porównanie z wprowadzonymi danymi referencyjnymi bądź wysyłana do zdalnej zabezpieczonej bazy danych. Jeżeli kod kreskowy jest niewłaściwy dla danego wyrobu, zostaje nierozpoznany przez system albo uznany za fałszywy, tym samym jest odrzucony i pozostawiony do sprawdzenia. Pomiary wizyjne skonfigurowane pod rozpoznawanie 2-wymiarowych tablic kodów kreskowych są powszechnie stosowane do ich czytania i weryfikowania, ponadto stosuje się je do śledzenia drogi produktu w procesie jego wytwarzania i dystrybucji.
Technologia pomiarów wizyjnych ciągle się rozwija dzięki czemu procesy wytwórcze mogą w wyraźny sposób doświadczyć zwiększoną odporność na błędy i podwyższoną produkcję, tworząc wyrób, który jest nie tylko najwyższej jakości, ale również spełnia najbardziej wyrafinowane oczekiwania przemysłu.
Mark Lampert i Steve Wong są menedżerami pracującymi dla Banner Engineering.
CE