Technologie obrazových senzorů ve sledovacích aplikacích

-- 08.03.12

Senzory spolupracují s řídicími systémy na sledování produktů podléhajících zkáze a kritických produktů během jejich výroby a distribuce.

Obrazové senzory jsou kriticky významnou součástí průmyslového výrobního procesu a pomáhají optimalizovat produktivitu a zvyšovat kvalitu výrobku pomocí detekce vadných dílů, a to dříve než opustí výrobní linku. Obrazové snímače vidí, analyzují a interpretují data u komplexních vizuálních kontrol, včetně ověřování dílů, kalibrování, měření, orientace, detekce vad a třídění. Obrazové snímání má zvlášť velký význam u procesů výroby potravin, když zajišťuje sledování a kontrolu produktu od jeho vzniku až po konečné balení. Obrazové snímání (neboli elektronické zobrazování) poskytuje výrobcům kontrolu nad mnoha procesy, od obrábění přes roboty až po kontrolu kvality produktu.

Počínaje kamerou, která určuje rozsah charakteristických rysů a funkčnosti produktu, a konče řídicím systémem používaným pro komunikaci senzorů s řízením strojů, obrazové senzory uživatelům umožňují nastavit produktově specifické parametry pro kontrolu. Inspekční proces má tři fáze: pořízení snímku kamerou, analýzu snímku procesorem a vyhodnocení výsledku kontroly, který se předá na výrobní linku. Obrazové snímače jsou vynikajícím nástrojem pro detekci ve výrobě díky svým bezkonkurenčním schopnostem zvládat kontrolu vysokorychlostních montážních linek a kontrolovat produkty se 100% přesností. Pro srovnání, lidská kontrola může dosahovat nanejvýš zhruba 80% přesnosti.

Obrazové senzory navíc mohou provádět souběžnou, opakovanou, několikanásobnou a konzistentní kontrolu objektů (stejných nebo odlišných) a poskytují spolehlivé výsledky v situacích vyžadujících komplexní detekci. Dnešní obrazové senzory díky své uživatelské přívětivosti, snadné instalaci, rozšířené funkčnosti a spolehlivé komunikaci s provozními zařízeními poskytují téměř univerzální řešení obrazového snímání a nabízejí výrobcům cenově výhodné, výkonné a spolehlivé funkce počítačového vidění.

Víc než jen detekce přítomnosti

Obrazové senzory jsou inspekční nástroje využívající a vyhodnocující světlo (nebo jeho absenci) pro řízení strojů a procesů a k detekci výrobků. Na rozdíl od jednoduché detekce přítomnosti u tradičních fotoelektrických senzorů mohou obrazové senzory analyzovat také barvu, tvar, velikost nebo pozici charakteristického rysu výrobku. Obrazové senzory nevyužívají pro spuštění kontroly jen objekt samotný, ale používají specializované osvětlení pro nasvícení a zachycení celého snímku k získání kompletní vizuální zpětné vazby. Jeden obrazový senzor dokáže na objektu kontrolovat mnoho bodů a při nižších nárocích na zařízení dosahuje většího rozsahu kontroly. Obrazový senzor „vidí“ oblast a snímá mnoho tisíc specifických bodů (neboli pixelů) v dané oblasti.

Uživatelé navíc mohou vyměnit čočky senzoru a tím zvětšit nebo zmenšit zorné pole senzoru pro dosažení přesného detailu, dokonce i na mikroskopické úrovni, je-li to zapotřebí. Po pořízení snímku poskytuje obrazový senzor binární výstup s rozšířenými komunikačními možnostmi, což uživatelům dovoluje zasílat velké objemy dat o dílech nebo prvcích objektu sériově nebo prostřednictvím počítačových protokolů, jako je Ethernet. Díky tomu lze data přenášet do celého výrobního podniku. Například u procesů výroby potravin může obrazový senzor ověřovat přítomnost správného štítku na balení výrobku tím, že přečte čárový kód 2D Datamatrix nebo porovná vzor na štítku. Nejenže to zabrání přidání nesprávných kartonů nebo balení k výrobku, ale také se tím účinně sleduje produkt během celého výrobního procesu. Obrazový senzor navíc může ověřovat, zda jsou datum a kód šarže vytisknuty čitelně, což zajistí, že se v případě reklamace výrobku správně identifikuje sortiment výrobku.

Rozšířená komunikace

Většina obrazových senzorů nabízí několik komunikačních metod pro spojení s řídicím systémem, od jednoduchých diskrétních I/O přes sériovou komunikaci až po Ethernet. Diskrétní I/O se využívají pro díly systému, které vyžadují vyšší rychlosti nebo jednoduchou kontrolu, jako je spuštění nebo výstup typu vyhovuje/ nevyhovuje. Sériová a ethernetová komunikace se používá pro přenos dat a systémových informací, včetně názvů vzorů, počtu stavů vyhovuje/ nevyhovuje a výběru programu. Když je zapotřebí vysokorychlostní komunikace, jako je export snímků, primární metodou je Ethernet.

Ethernetová konektivita usnadňuje konfiguraci a práci v síti u výrobních procesů. S příchodem standardních průmyslových protokolů přenášených po síti Ethernet získaly obrazové senzory schopnost vyměňovat si vstupní a výstupní data přímo s PLC, HMI a dalšími zařízeními výrobního závodu s minimálními nároky na programování příkazů, což operátorům umožňuje získávat data rychle a snadno.Uživatel může například přistupovat k cenným inspekčním datům, jako je čas kontroly, stav vyhovuje/ nevyhovuje, systémová chyba, spuštění (nebo nesprávné spuštění), signál připravenosti, a k dalším inspekčním datům přímo ze zařízení výrobního závodu. Navíc lze vzdáleně přistupovat k datům používaným pro autentizaci a aktualizovat je, včetně aktuálních variací vzoru, což poskytuje bezkonkurenční kontrolu nad výrobou. U aplikací čárového kódu dovoluje ethernetová komunikace rovněž automaticky
nahrát aktualizaci čárového kódu do senzoru.

Dokonalejší kontrola

Nedávná zdokonalení usnadnila použití obrazových senzorů. Vylepšení v oblasti funkčnosti dotykových obrazovek a inspekčních algoritmů umožnila osvobození sofistikovaných senzorů od PC a v souvislosti s tím se odstranila i nutnost kabelů. Například některé obrazové senzory využívají inspekční nástroje, jako je porovnávání, zjišťování vad, třídění a čtení čárového kódu, které jsou výkonné, a přesto je jejich konfigurace snadná. Instalace a konfigurace je snadnější díky použití nástrojů s nabídkami, které uživatele provázejí výběrem specifických inspekčních parametrů pro každý produkt. Díky tomu může technik závodu nakonfigurovat inspekční krok pro třídění většího počtu produktů, aniž by musel s sebou na výrobní linku nosit přenosný počítač.Protože některé vyspělé obrazové senzory umožňují uložit až 100 inspekcí najednou, práce s vysokorychlostními montážními linkami a rychlými výměnami produktů je snadná.

Konfiguraci a testování lze provést vzdáleně pomocí emulátoru senzoru, který umožňuje off- -line aktualizace a modifikace, čímž se zkracuje doba nastavení skutečného výrobního zařízení. Obrazové senzory nyní nabízejí možnosti vzdáleného monitorování díky spárování senzoru a samostatné dotykové obrazovky pro podporu inspekčních funkcí v obtížně monitorovatelných místech. Po instalaci obrazových senzorů mohou uživatelé provozovat vzdálené funkce pro konfiguraci, monitorování a aktualizaci inspekčních požadavků pro všechny obrazové senzory a zajistit tak větší komplexnost produktové inspekce. Pro prostředí výroby potravin a další prostředí s přítomností oplachování lze obrazové senzory vybavit pouzdry s třídou krytí IP67 a vyšší (v provedení z plastu nebo nerezové oceli), které jim zajistí odolnost v náročném prostředí.

Provozní aplikace

Obrazové senzory mohou vykonávat specializované funkce v aplikacích balení a distribuce potravin, od čtení čárových kódů na kartonech až po ověřování balicích štítků. Například mnoho potravinářských provozů vyžaduje přítomnost data/kódu šarže na balení. Pro ověření správného vytištění příslušných údajů na každém balení může obrazový senzor použít inspekční funkci porovnání, která zachytí snímek data/ kódu šarže. Když inspekce běží a senzor detekuje balík bez kódu, senzor zašle výstupní signál typu „nevyhovuje“ do řídicího systému, který výrobní lince „řekne“, aby projekt vyřadila. To zajistí, aby v případě reklamace výrobku byl snadno identifikován sortiment výrobku. Také sledovací funkce (track-and-trace) jsou významné pro zajištění autentičnosti výrobku.

Obrazový senzor může například díky čtení čárového kódu účinně kont rolovat a autentizovat láhve vína.Obrazový senzor nejprve přečte kódy 2D Datamatrix, obvykle vytištěné na etiketě láhve. Neskenovanou informaci buď zkontroluje interní nástroj senzoru pro srovnávání dat, nebo je zaslána do vzdálené zabezpečené databáze. Byl-li čárový kód pro tento výrobek aplikován nesprávně, systém jej nerozpozná anebo upozorní na případný padělek, čímž je výrobek vyřazen a umístěn do jakési pomyslné karantény pro další prošetření.

Obrazové senzory nakonfigurované pro funkci čtení čárového kódu 2D Datamatrix se běžně využívají pro čtení a ověření čárových kódů 2D Datamatrix za účelem sledování výrobků ve výrobním procesu a v rámci distribuční infrastruktury. S dalším rozvojem technologie obrazových senzorů zaznamenají výrobní procesy značné zlepšení kontroly chyb a produktivity. Budou tak moci produkovat výrobky, které mají nejen nejvyšší kvalitu, ale také splňují ta nejpřísnější průmyslová očekávání.

Mark Lampert a Steve Wong jsou manažeři pro rozvoj obchodu společnosti Banner Engineering.

Autor: Mark Lampert a Steve Wong, Banner Engineering