Čidla pro vysokorychlostní aplikace

-- 25.04.10 21:11

Systémový návrh využívající senzorovou techniku může zrychlit procesní a inspekční systémy. Technická doporučení poskytují odborníci z oblasti tiskárenství, zpracovatelství, kontroly pneumatik / výrobků z pryže, robotické paletizace a dalších oborů.

Automatizované, vysokorychlostní aplikace vyžadují pro svou podporu vysokorychlostní senzorovou technologii. I když definice „vysoké rychlosti“ se mohou velmi lišit podle odvětví, produktové řady nebo aplikace, nabízíme doporučení pro nejlepší technologii senzorů. Kromě rad uvedených v tomto článku můžete rovněž vyhledat klíčové slovo „sensors“ na webové stránce www.controleng.com  a najdete odkazy na další články o senzorech a podrobné informační zdroje, jako jsou průvodci výběrem čidel a senzorů, které výrobci nabízejí.

Aplikace v tiskárenství, zpracovatelství

Tiskařské a zpracovatelské stroje běží ze všech strojů asi na nejvyšších rychlostech. Pro tato odvětví byste se pro doporučení té správné technologie pro danou aplikaci měli obrátit na odborníky. Bill Gilbert, manažer společnosti Siemens pro rozvoj obchodu v odvětví konverze říká: „Nejvýznamnější aplikací vysokorychlostních čidel pro zpracovatelské stroje bude zřejmě korekce tiskové značky. Tyto aplikace lze realizovat pomocí rotačního nože, letmé řezačky nebo soutisku natíraného papíru. Při výběru senzorů pro korekci tiskových značek, kde se požadované vstupní reakční doby pohybují  v řádu mikrosekund a méně, bude nejvhodnější optický senzor.“ Marcus Schick, manažer společnosti Siemens pro rozvoj obchodu v odvětví tisku, říká více.

„U komerčních tiskových aplikací musí být soutisk nastavován často ve dvou směrech, obvodově a stranově. Nastavení obvodového soutisku se provádí podélně s pásem (ve směru pohybu pásu). Nastavení stranového soutisku se provádí napříč pásu (do stran). Použití optického senzoru, který dokáže měřit chyby v obou směrech, je výhodou.“ Schick dále říká, že společnost Siemens vyvinula speciální optické čidlo/kameru, které dokáže měřit chybu v obou směrech a integrovat svou činnost s řídicím prvkem Siemens Simotion. „To umožňuje optimalizaci soutisku u náročných aplikací, jako je tisk na roztažitelné fólie,“ říká Schick. „Toto čidlo/kamera využívá technologii CCD s DSP procesorem pro analýzu snímku pásu. Dokáže pracovat při rychlosti až 915 metrů za minutu a přesnost měření je +/-10 mikrometrů. Tato technologie se využívá u tiskových strojů v Evropě,“ dodává.

Výroba pneumatik / výrobků z pryže

Vysokorychlostní laserová řádková čidla umí detekovat a vyčíslit vady a rozměrové odchylky u procesních a finálních inspekčních aplikací. Při velkosériové výrobě pneumatik může být synchronizace a přenos dat ze senzoru oříškem. Společnost LMI Technologies, kanadská organizace zabývající se výzkumem, vývojem a výrobou v oblasti technologií využívajících počítačové vidění, dokázala zkombinovat správný senzor s platformou integrace dat tak, aby byly splněny požadavky procesu na vysokou rychlost. Při výrobě pneumatik je často v jediné stanici využíváno několik senzorů pokrývajících celý povrch produktu snímáním s vysokým rozlišením. Vysokorychlostní laserová řádková čidla Selcom EyeCon společnosti LMI Technologies poskytují ohromná množství dat. Proces však vyžaduje přesnou synchronizaci dat přicházejících ze všech senzorů a převodníků.

Platforma FireSync společnosti LMI zajišťuje synchronizaci senzorů v řádu mikrosekund, přičemž sestavuje data ze všech senzorů do jedné trojrozměrné mapy profilu, kterou zasílá vzdálenému hostitelskému počítači po jediném kabelu gigabitového Ethernetu. „Typická inspekční aplikace může využívat několik laserových čidel kontrolujících různé zóny produktů, jako je válcovaná pryž, dopravníkové pásy nebo vytlačované běhouny,“ vysvětluje Dr. Walter Pastorius, technický poradce pro marketing společnosti LMI, který má 30leté zkušenosti z působení v oboru počítačového vidění. „Procesní profilovací aplikace může využívat osm nebo více čidel (polovina nad a polovina pod dopravníkovým pásem) pro poskytování dat s velkou hustotou po celé šířce protlačeného profilu.“ (viz ilustrace).

Typické systémy finální inspekce pneumatik využívají tři vysokorychlostní laserová řádková čidla, přičemž dvě kontrolují vždy jednu boční stěnu a třetí kontroluje běhoun. „Každé čidlo měří stovky bodů podél linie laseru, při snímkovací frekvenci 4 kHz nebo vyšší,“ říká Pastorius. „Použití několika laserových řádkových čidel pro pokrytí celého povrchu objektu je velmi náročné na synchronizaci dat ze všech senzorů a sestavení datových toků z mnoha čidel do jediného souboru,“ říká Pastorius. „Synchronizace zajišťuje, aby data z každého čidla přicházela v zásadě ve stejný okamžik. Jinak by data z každého čidla přišla z jiné pozice po délce povrchu.

„Sešívání“ snímků zahrnuje spojování synchronizovaných profilů z každého čidla do jediné trojrozměrné mapy povrchu přenášené do hostitelského  počítače jako jeden datový soubor.“ Platforma FireSync integruje obrovské množství dat generovaných v těchto aplikacích, data z několika snímačů počítačového vidění a z dalších lokálních vstupů, jako jsou převodník a fotobuňky. Data jsou přenosem po gigabitovém Ethernetu (GigE) zasílána do vzdáleného hostitelského počítače inspekční stanice k analýze. „GigE umožňuje přenos dat rychlostí až 1 000 Mb/s s použitím levných kabelů o délce až 100 m bez opakovačů (repeaterů) a s využitím technologie Power Over Ethernet (PoE), zajišťující napájení po stejném kabelu, po němž probíhá přenos dat,“ vysvětluje Pastorius. Tato koncepce umožňuje velmi vysokou rychlost snímání a analýzy dat. „Profily zasílané všemi senzory jsou přesně synchronizovány v rámci samotného senzorového systému,“ říká Pastorius.

„Každý ‚plátek‘ dat ze všech čidel je spojován do jednoho úplného trojrozměrného datového souboru zasílaného z platformy po jediném výstupním kabelu GigE k hostitelskému počítači.“Analytické programové vybavení pro zvýšení přesnosti navíc odstraňuje či filtruje všechny body související s vytlačenými písmeny na povrchu, čárovými kódy a dalšími přijatelnými variacemi povrchu. „Čidla LMI využívají „duální triangulaci“ se dvěma kamerami sledujícími linii laseru umístěnými po obou stranách laserového projektoru. U takového provedení nedochází k výpadkům dat způsobeným zastíněním laserového paprsku na hranách vyvýšeného materiálu na povrchu boční stěny,“ dodává Pastorius.

Obrazové snímače a roboty

Společnost Fanuc Robotics America nabízí inteligentního paletizačního robota M-410iB, osazeného firemním dvourozměrným obrazovým snímačem iRVision 2D, určeného pro manipulaci s různými produkty. Robot M-410iB, využívající laserový obrazový snímač, může pracovat s krabicemi nebo pytli o hmotnosti přes 100 kg s frekvencí 20 cyklů za minutu u krabic a 28 cyklů za minutu u pytlů. Systém iRVision má programové vybavení pro počítačové vidění integrované v programovém vybavení robota, přičemž zpracování obrazu provádí procesor CPU robota. Společnost Fanuc Robotics na výstavě International Robots & Vision Motion Control Show konané v červnu 2009 v Chicagu předvedla, jak lze pomocí konstrukčního provedení systému zvýšit jeho rychlost.

Předvedla, jak její robot M-710iC/50 vybavený laserovým obrazovým snímačem iRVision 3DL dokázal lokalizovat a uchopit kryty nábojů kol náhodně nasypané v přepravce. Poté, co počítačové vidění ověří správnou pozici uchopení, robot přenese díl do druhé přepravky. Dvojrozměrná kontrola chyb snímače iRVision 2D s vysokorychlostním a plynulým pohybem detekuje vadné díly během jejich přesouvání. „Systém kontroly chyb společnosti Fanuc Robotics provádí 100% inspekci všech vadných dílů nebo výrobních chyb. Provádění kontroly chyb za plynulého pohybu navíc odstraňuje dopady na dobu cyklu. Ukazujeme výrobcům, jak jednoduchá a praktická může být aplikace robotů s počítačovým viděním, dokonce i pro vyjímání dílů z přepravek, což byl pro robotiku tradičně velice náročný proces,“ uvedl Peter Stephan, manažer programu.

„Tradiční kontrola chyb vyžadovala, aby robot přesunul díl, zastavil se a provedl kontrolu chyb,“ pokračuje Stephan. „Kontrola chyb za pohybu robota může dále zkrátit dobu cyklu. Schopnost provádět kontrolu za chodu je pro výrobce výraznou konkurenční výhodou.“ Systém iRVision společnosti Fanuc je řešení robotického počítačového vidění připravené k použití, je dostupné u všech robotů společnosti Fanuc a vyžaduje pouze kameru a kabel – žádný další hardware pro zpracování není nutný. Pro lokalizaci dílů, kontrolu chyb a další operace obvykle vyžadující speciální čidla nebo přípravky používá dvourozměrný nástroj pro navádění robotů.

Ray Moran, produktový manažer společnosti Fanuc Robotics America, říká: „Má ve své třídě nejvyšší rychlost a jeden z největších pracovních rozsahů.“ Pro procesy robotického vidění přesahující možnosti dvourozměrných systémů počítačového vidění společnost Fanuc Robotics nabízí také integrovaný systém trojrozměrného počítačového vidění. Pomocí funkce kontroly chyb u 2D nebo 3D systému navádění robotů iRVision lze provádět identifikaci dílů, kontrolu přítomnosti nebo absence dílů, správné orientace nebo slícování, velikosti a rozměrové vhodnosti a kontrolu dostatečného okolního prostoru pro přesun dílů z jednoho místa na druhé.

Ce

Renee Robbins je vedoucí redaktorka časopisu Control Engineering. Můžete ji kontaktovat na adrese renee.robbins@reedbusiness.com.

Autor: Renee Robbinsová, Control Engineering