Strojové vidění

Technologie průmyslové automatizace založená na počítačovém vidění datuje svůj počátek již na konec 60. let minulého století, ale praktické uplatnění a oblibu u průmyslových podniků si získala až v poslední době. Jedná se o odvětví výpočetní techniky a vědní obor, jehož motivací je nahradit lidskou schopnost vnímat zrakem obraz, porozumět mu a interpretovat jej. Přibližně 80 % všech informací vnímá člověk zrakem a strojové vidění je schopno tyto a některé další měřitelné informace obstarat pomocí technických prostředků.

Strojové vidění se z hlediska měřicích metod řadí mezi metody bezkontaktní a díky tomu lze systémy strojového vidění bez větších úprav integrovat i do již existujících výrobních provozů a zařízení. Další výhodou je flexibilita, která umožňuje překonfigurování systému často jen pouhým upravením vyhodnocovacího softwaru. Tento požadavek může vzniknout například při rozšíření výrobního programu, změně některého procesu nebo potřebě provádět další vyhodnocení.

Své uplatnění nalézá strojové vidění především v odvětvích lehkého zpracovatelského průmyslu, kde se využívá zejména pro kontrolu a řízení výrobního procesu. Jeho hlavním úkolem je zajištění požadované kvality nebo sledování kvantity.

Nejjednodušší inspekční systémy mohou poskytovat jen základní informace o stavu proběhlé kontroly, například označení výrobku za bezvadný nebo zmetek. Složitější systémy pak upozorňují obsluhu stroje na chybu nebo dokážou s pomocí jednoduché automatizace samy vyřadit nevyhovující výrobky z produkce. Pro komplexní vyhodnocovací úlohy jsou pak vyvíjeny sofistikované systémy komunikující s dalšími zařízeními, se kterými si předávají řídicí příkazy nebo rozsáhlé datové struktury. Nejběžnější případy užití, včetně konkrétních příkladů, mohou být tyto:

• měření objemu produkce – počítání volně ložených výrobků na dopravníku a pracovišti;
• kontrola kompletnosti – detekce celistvosti obalu nebo kontrola obsahu balení;
• identifikace barev – kontrola potisku nebo nátěru, hodnocení barevnosti výlisků;
• rozpoznání, polohování a třídění – montáž správného dílu ve správné poloze;
• čtení a verifikace 1D i 2D kódů a čtení textu (OCR) – pokročilá kontrola při montáži;
• kontrola povrchů – stržené hrany, škrábance, praskliny, nedolitky, otřepy;
• měření a kontrola tolerancí ve 2D i ve 3D – poloha, rozměr, rozteč děr, velikost otvoru;
• navádění robotů – manipulační operace s výrobky.

Kromě významného vlivu na kvalitu a efektivitu výroby přispívají systémy strojového vidění k dosažení vysoké míry konkurenceschopnosti. Zároveň se tyto systémy, ve srovnání s využitím lidských operátorů výroby, vyznačují také mnoha dalšími výhodami.

• spolehlivost – systémy strojového vidění oproti operátorům výroby nechybují;
• opakovatelnost – operátoři výroby nepracují vždy stejně, na rozdíl od automatizace strojovým viděním;
• kapacita – díky strojovému vidění lze dosáhnout vysoké výkonnosti výroby;
• provozní náklady – provozní náklady jsou u systému strojového vidění nižší než lidská pracovní síla;
• vizualizace – výstupy ze systému lze vizualizovat do vyhodnocovaných snímků.

Při úvahách o využití strojového vidění je vedle technické stránky neméně podstatná i ta ekonomická. Nedílnou součástí každého takového projektu, při němž dochází k nasazení systému, je analýza návratnosti investice. K automatizaci strojovým viděním se často přistupuje za účelem zvýšení kvality a snížení zmetkovitosti výroby, což jsou faktory, které obvykle značně zvyšují výrobní náklady. Horším případem však mohou být opakované reklamace ze strany zákazníků, jež někdy vyústí až v ukončení obchodních vztahů. Při využití strojového vidění lze těmto nepříjemnostem předcházet. Z dlouhodobého hlediska je přínosem vybudování dobrého obchodního jména a posílení pozice na trhu.

Další významnou výhodou systému je možnost grafického znázornění výsledků do vyhodnocovaných snímků a jejich následné zobrazení. To je pro uživatele názorné a srozumitelnější než například tabulková data. Do zpracovávaných snímků lze doplnit různé grafické prvky, jako jsou například barevně rozlišené značky nebo text. Výstupy v této formě mohou využívat uživatelé k operativnějším reakcím a rychlým zásahům ve výrobním procesu.

V některých případech je také žádoucí vytvářet záznamy získaných výstupů za účelem pozdějšího využití. Může se jednat kupříkladu o podrobné informace o hodnocení výrobků nebo procesů, jež lze využít pro vytváření statistik objemu a kvality produkce za účelem plánování nebo realizace úprav procesů.

Společnost Hönigsberg & Düvel Datentechnik Czech, s. r. o., navrhuje každý systém strojového vidění na základě individuálních požadavků a konkrétních podmínek daného provozu. Jakožto integrátor nejprve provede podrobnou analýzu požadavků zákazníka a na jejím základě volí vždy optimální cestu v podobě návrhu architektury systému, výběru hardwarových komponent a softwarových prostředků.

Provozní podmínky jsou řešeny z hlediska parametrů, jako je teplota, vlhkost nebo vibrace, a podle nich jsou vybírány vhodné komponenty určené do příslušných průmyslových provozů. Někdy je třeba systém provozovat při vyšších teplotách, jako například ve slévárenství, a použít kameru s rozšířeným rozsahem provozních teplot, nebo ji opatřit krytem s chlazením. V provozech využívajících vibrační podavače pro přepravu objektů se volí systémy bez ložisek a točivých komponent, jakými jsou například plotnové disky nebo ventilátory či odolné objektivy s aretačními kroužky. Prašné prostředí zase vyžaduje použití zařízení s pasivním chlazením nebo kameru se speciálními kryty, které objektiv chrání i před stříkající kapalinou.

Kromě návrhu snímací soustavy a zajištění vstupních obrazových dat pro získání a následné zpracování požadované informace se řeší také potřebná konektivita. Systém je také možné integrovat s programovatelnými logickými automaty (PLC). Systém může komunikovat pomocí digitálních signálů, využívat průmyslové sběrnice nebo lze realizovat připojení k podnikovým informačním systémům (ERP) či výrobním informačním systémům (MES).

Velmi podstatný je také způsob a forma publikování uživatelských výstupů, které jsou definovány ve spolupráci se zákazníkem. Může se jednat o jednoduché informační zprávy, číselné hodnoty měření, snímky opatřené grafikou nebo grafy. Pro zobrazení výsledků inspekce si lze vybrat z několika možností. Často může být plně dostačující pouze displej připojený k systému a umístěný v provozu. Komplexnější výstupy se pak zapisují do souboru či databáze nebo jsou uživateli zpřístupněny pomocí webové aplikace, která prezentuje výsledky na libovolném zařízení připojeném k internetu pomocí internetového prohlížeče.

Strojové vidění je technologie průmyslové automatizace s velkými možnostmi uplatnění. Jedná se o pokročilou technologii, která je schopna zajistit vysokou míru konkurenceschopnosti. Pokud jsou systémy strojového vidění navrženy dobře, tak nechybují, fungují konstantně a ve spojení se systémy zajišťujícími manipulaci umožňují plnou automatizaci některých provozů. To vše při zachování přijatelných provozních nákladů.

Společnost Hönigsberg & Düvel Datentechnik Czech, s. r. o., disponuje multioborovými znalostmi a zkušenostmi potřebnými pro vývoj a implementaci systémů strojového vidění, což může být v některých případech velmi komplexní záležitost. Významnou přidanou hodnotou služeb je individuální řešení zpracovávající výstupní data systému. Díky tomu lze nabídnout sofistikované řešení propojující strojové vidění a počítačové systémy tak, aby výrobní proces byl ještě efektivnější a spolehlivější.

Hönigsberg & Düvel Datentechnik Czech

Zpracováno podle firemních podkladů

michaela.kopcova@hud.cz

www.hud.cz