Zabudované systémy počítačového vidění – alternativa k systémům počítačového vidění na bázi PC

-- 19.12.11 00:42

Dnešní zabudované systémy počítačového vidění mohou přispět k udržení rychlosti a přesnosti výrobních operací.

Uživatelé systémů počítačového vidění mají k dispozici nespočet možností pro vývoj a využití inspekce na bázi počítačového vidění, která by splňovala specifické potřeby aplikace, včetně rychlosti snímkování větší než 200 snímků za vteřinu. Výběr vhodné technologie počítačového vidění z této nabídky pro vyřešení kritických vysokorychlostních diskrétních výrobních operací může být náročný, protože žádné dva automatizované výrobní procesy nejsou stejné. Od vyráběného zboží a zákaznických požadavků až po prostředí závodu a dodavatele materiálu se mohou parametry aplikace značně lišit.

Použití levných komoditních senzorů pro inspekci kritických dílů, jejich umísťování a identifikaci může být v dlouhodobém horizontu velmi nákladné. Je to v důsledku nedonedostatečných inspekcí, které snižují produktivitu z důvodu zmetkovosti a větších prostojů. Namísto toho úspěšné vyřešení těchto aplikací vyžaduje optimalizovaný systém počítačového vidění, který dokáže maximalizovat kvalitu produktu a přizpůsobit se velkému objemu výroby, přičemž jeho používání zůstává snadné a intuitivní.

Navrhování systému počítačového vidění na bázi PC

Technologie počítačového vidění na bázi PC se často využívá u specializovaných vysokorychlostních inspekčních, naváděcích a identifikačních systémů pro výrobní operace. Kombinuje kamery, optiku, osvětlení a komplexní programový kód pro počítačové vidění, který uživatel nebo systémový integrátor napíše na hostitelském počítači PC pomocí standardních programovacích jazyků, jako je C#, pomocí zakoupených algoritmů pro počítačové vidění. Protože jsou na počítačích a digitálních kamerách k dispozici vyspělejší funkce za nižších nákladů, počítačové vidění na bázi PC může být atraktivní metodou pro navrhování zakázkové automatizované inspekce. Nicméně pro uživatele, kteří nejsou příliš zběhlí v psaní vyspělého programového kódu pro počítačové vidění (a tím méně v optimalizaci programového kódu pro použitý procesor počítače PC a integraci kamer), to může být příliš náročné.

Programový kód pro počítačové vidění musí být napsán tak, aby program PC efektivně přijímal snímky z kamery, extrahoval prvky zájmu ze snímku, analyzoval prvky a poskytoval smysluplné výsledky dalším modulům v automatizovaném výrobním procesu. Například výrobci přesně vyražených konektorových kolíků musejí kontrolovat každý produkt, aby si ověřili, že jsou tvar a uspořádání kolíků správné. Za tímto účelem musí program pro počítačové vidění shromažďovat snímky kolíků z kamery a pomocí programového kódu počítačového vidění extrahovat hrany kolíků. Následně potřebuje program další efektivní kód pro určení, zda jsou tvar a rozestupy kolíků správné. Nakonec musí program exportovat získanou analýzu do akčního prvku – aby v případě zmetku díl buď odstranil, nebo jej předal do další výrobní fáze – nebo do výrobní sítě řídící provoz.

Počáteční vývojová fáze systému počítačového vidění na bázi PC může vyžadovat stovky projektových hodin a návrh programu může být obtížné odlaďovat, duplikovat a modifikovat pro budoucí výrobní operace. Z důvodu rychlého vývoje počítačů a kamer se příslušné modely počítačů a kamer potřebné pro duplikaci systému rychle stávají nedostupnými, čímž je duplikace nejen obtížná, ale přímo neproveditelná. Proto nasazení následných systémů počítačového vidění na bázi PC vyžaduje modifikaci, opětovné testování a odlaďování příslušného počítačového kódu.

Zabudované systémy počítačového vidění

Zabudované systémy počítačového vidění mohou představovat praktickou a uživatelsky přívětivou alternativu systému počítačového vidění na bázi PC pro řešení specifických a náročných požadavků aplikace. Tyto systémy tvoří zabudovaný řídicí prvek s integrovaným softwarem pro počítačové vidění, jenž je přímo připojený k jedné nebo více kamerám, které jsou k dispozici s nejrůznějšími rozlišeními snímku a v různých velikostech, snímkovacích frekvencích a nabízejí snímky barevné nebo v paletě šedi. Zabudovaný systém počítačového vidění, jenž nabízí celou řadu typů kamer a funkcí, umožňuje uživateli zvolit kameru se správnou cenou a výkonem pro každou aplikaci. Tato koncepce nevyžaduje žádný specializovaný programový kód pro pořízení snímků a pro integraci kamery stačí jen kabelové připojení kamery k řídicímu prvku.

Z hlediska použitelnosti a flexibility by software pro počítačové vidění měl uživatelům poskytnout možnost vytvořit specifický aplikační program pomocí výběru z velké sady algoritmů nebo nástrojů pro počítačové vidění a velmi specifických ovládacích nástrojů, které umožní dosáhnout požadovaný výkon aplikace. Software pro tvorbu programu pro počítačové vidění je alternativou pro řídící techniky, kteří nemají čas nebo odborné znalosti pro vývoj programového kódu na bázi textu. Nástroje pro počítačové vidění jsou často zobrazovány jako ikony v softwaru, takže uživatelé mohou myší přetáhnout nástroje potřebné pro úkony inspekce počítačového vidění. Každý nástroj nabízí možnosti ovládání, které lze optimalizovat pro specifický úkon.

Protože výrobci zabudovaných systémů počítačového vidění dodávají nové procesory a vyspělejší inteligentní kamery, uživatelské rozhraní (včetně nástrojů softwaru pro tvorbu programu pro počítačové vidění a operací) zůstává stejné. Tím odpadá nutnost nového zaškolení a rozšiřuje se použitelná životnost zakázkových inspekčních systémů počítačového vidění: programy napsané pro inteligentní kamery před deseti lety mohou běžet na dnešních nejrychlejších zabudovaných systémech počítačového vidění bez nutnosti předělávání osvědčených zakázkových inspekčních rutin. Řídicí prvky zabudovaných systémů počítačového vidění obvykle předávají výsledky inspekce prostřednictvím standardních ethernetových připojení do průmyslových provozních sítí, jako je EtherNet/IP (ethernetový protokol ODVA), nebo prostřednictvím jednoduchých diskrétních výstupů dosahujících vyšších přenosových rychlostí.

Diskrétní bity a ethernetové datové pakety slouží pro klasifikaci, orientaci, identifikaci nebo navádění produktů v průběhu výrobního procesu. Díky těmto funkcím jsou zabudované systémy počítačového vidění užitečné pro řízení s uzavřenou smyčkou. V těchto aplikacích je nutno informace o umístění, orientaci a identifikaci produktu dynamicky sdělovat ostatním procesním modulům ve výrobní operaci. Zabudovaný systém počítačového vidění poskytuje nižší tolerance pro řízení komponent a sestav ve srovnání s ručním upevňováním. Použití systému počítačového vidění v procesu rovněž zvyšuje objem výroby, a to díky odstranění zbytečné manipulace a ruční práce. Pro rozšíření monitorování a řízení aplikace může software tohoto systému počítačového vidění obsahovat program umožňující uživatelům vytvářet zakázková rozhraní člověk-stroj (HMI).

Software uživatelům dovoluje vytvářet grafické uživatelské rozhraní (GUI) zobrazující snímky, výsledky inspekce, statistiku procesu a jakékoli ovládací prvky, které operátor používá pro řízení nebo udržování operací na základní výrobní úrovni. Rozhraní GUI může být navrženo s ohledem na soulad s firemním vizuálním projevem nebo za účelem větší intuitivnosti úkonů operátora, což může urychlit zaškolování. Rozhraní HMI je kritickou složkou systému počítačového vidění. Pokud snímky z kamer a výsledky operátoři stroje nevidí, nemusejí rozumět tomu, proč jsou díly vyřazovány. Přehledné zakázkové uživatelské rozhraní GUI je přívětivé k operátorům přistupujícím k programu pro počítačové vidění a přidává další vrstvu zabezpečení: vývojáři programu mohou omezit uživatelský přístup ke kritickým programovým nástrojům a úkolům, aby tak zamezili zlovolným úpravám. Optimální uživatelská rozhraní GUI programu počítačového vidění mají heslem chráněné úrovně přihlašování, které zaručují zabezpečené kategorie přístupu v rámci výrobního podniku.

Více dílů za minutu

Dalším důvodem, proč technici volí vývoj vlastního systému počítačového vidění na bázi PC, je dosažení optimální rychlosti systémových operací. Vytvoření programu pro počítačové vidění přímo na míru rychlému, ale relativně levnému procesoru PC a použití vysokorychlostní digitální kamery s plným rozlišením se jeví jako ideální řešení. Jednoúčelový zabudovaný systém vidění je ale využitelný s ověřenými vícejádrovými procesory. Program pro zabudovaný systém vidění je napsán tak, aby plně a efektivně optimalizoval rychlost svých procesorů.

Navíc možnosti kamer v zabudovaných systémech vidění překračují rychlost 200 snímků za sekundu při plném rozlišení, což umožňuje přizpůsobit se výrobním linkám s vysokým taktem, včetně aplikací produkujících tisíce dílů za minutu. Stejný návrh zabudovaného systému vidění se přizpůsobí nastupujícím, vysoce výkonným počítačům a kamerám, což připraví aplikace na technologický pokrok v budoucnu.Očekávané vlastnosti, flexibilita zákaznických inspekcí a jednoduchost používání poskytují uživatelům systémů počítačového vidění možnost navrhovat efektivnější, účinnější a přesnější kontroly na základní úrovni.

Steve Maves je manažer pro technické zajištění aplikací PPT Vision. www.pptvision.com

Autor: Steve Maves, PPT Vision