Současné vyspělé CMOS obrazové chipy a algoritmy pro zpracování obrazu již dovolují běžně vyrábět kompaktní kamerové systémy - senzory pro kontrolu a třídění výrobků podle jejich barvy, tvaru, na výrobku vytištěném textu nebo třeba data a času spotřeby. Celý kamerový systém je napěchován v malé krabičce s IP67, kde na spínaném výstupu již získáváme informaci o shodnosti nebo odlišnosti aktuálně skenovaného výrobku od referenčních obrazů.

Vývoj algoritmů pro zpracování signálů a obrazu již postoupil ze stádia vývoje do praktického užívání v průmyslové práci. Důkazem toho jsou již běžně nabízené průmyslové kamerové systémy, které jsou již schopny vykonávat to, čeho ještě před několika lety byl schopen jen člověk. Umožňují totiž podle vzhledu výrobku, jeho tvaru, barev a dokonce i textů na něm uvedených, řídit jeho další zpracování. Tak například potravina s prošlým datem spotřeby je automaticky bez zásahu člověka vyřazena, nebo se může provádět separace pomíchaných výrobků s různými logy na obale. Navíc současné systémy se již plně obejdou bez použití PC. Vše je již implantováno v malé řídící jednotce velikosti větší krabičky od cigaret s krytím až IP67, podobně jako speciální kamera, která je k ní připojena, takže není problém nasazení v téměř jakýchkoliv podmínkách, včetně mokrého prostředí. Navíc nastavení bývá s ohledem na technologickou složitost systému vcelku jednoduché a je obvykle uzpůsobené pro možnost používání i běžnou obsluhou. Typickým příkladem takovýchto inteligentních systémů s uživatelsky jednoduchým ovládáním jsou kamerové systémy firmy SICK, na kterých lze názorně předvést jako je dnes možné jednoduše automaticky řídit výrobní linku.

Kompaktní kamerové senzory firmy SICK

Kompaktní kamerové senzory zpracovávají obrazové informace o snímaném produktu tak, že je možno jeho vyhodnocení obdržet na výstupu ve formě datového signálu. Podstatné přitom je, že při uživatelsky velmi jednoduché obsluze je oblast použití tohoto přístroje velice pestrá.

Kompaktní kamerové systémy se vyznačují tím, že v jednom pouzdře s krytím až IP67 obsahují integrované všechny potřebné komponenty:

• optika a osvětlení z bílých LED
• miniaturní, ale výkonná CMOS kamera
• elektronika s DSP procesorem pro zpracování a porovnání obrazů
• paměť pro referenční naučené obrazy
• vyhodnocovací elektronika s digitálními a spínanými výstupy
• HMI rozhraní (barevný displej a 5 tlačítek) pro ovládání, učení systému a kontrolu funkce

 

Systém v podobě jedné malé krabičky je tak plně samostatný a ke své základní funkci již nepotřebuje žádné jiné zařízení, jako je osvětlení, další kamera, či PC. Nasazení pro okamžité použití je tak jednoduché a prakticky se skládá jen z připevnění systému na vhodné místo a jeho naučení na požadovanou funkci. Učení se provádí předkládáním vhodných vzorů a nastavením rozlišení správného a špatného produktu.

Základní princip funkce

Zde popisované systémy využívají v zásadě jednoduchý princip své funkce, který používá i náš mozek. Při své běžné práci si prostě nasnímaný obraz CMOS kamerou porovnávají s uloženými správnými předlohami podle určitých dominantních znaků. Pokud se uvedené znaky obrazu shodují nebo jsou si do určitého zadaného stupně blízké, vyhodnotí se kontrolovaný objekt (produkt, materiál, věc) jako správný (shodný) nebo špatný (rozdílný) a výsledkem je nebo není signál regulaci (např. řazení objektu z linky, přesunutí na jiný pás nebo zpětná regulace výrobního zařízení).

 

Po namontování senzoru se musí provést jeho naučení, které probíhá systémem postupného předkládání správných vyráběných produktů. Pomocí displeje a tlačítek se provede výběr vhodného detekčního vzoru nebo části výrobku, podle kterého mají být rozlišovány nebo která jeho vlastnost je kontrolována. Tlačítky "UP", "DOWN", "SET", se pomocí menu nastaví vhodný výřez z obrazu, světlost, zaostření, barvy apod., podle toho jaký se použije typ kamerového snímače a co se kontroluje (text, tvar, barva, ornamenty, vzájemná kombinace barev apod.). Správně "naštelovaný obraz" se uloží do paměti pro pozdější vyhodnocování a nastavení spínacího výstupu, který má být aktivován. Takto se nastaví kamera na všechny rozpoznávané produkty a přiřadí výstup Q, který má být aktivován.

V provozu pak při přísunu kontrolovaného výrobku dojde k nastavení kamery na danou kontrolovanou plochu dle uložených parametrů (Trigger input) a sejme se snímek (Image taking)), který se následně vyhodnotí podle v paměti uložených vzorů. Poté se sepne či nesepne výstup Q, podle toho jaký je výsledek porovnání.

Typy a použití kamerových senzorů SICK

V nabídce firmy SICK můžete nalézt 4 typy kompaktních kamerových senzorů, které sice na první pohled vypadají prakticky úplně stejně, ale mají odlišnou funkci vyhodnocování:

 

• typ Color Vision Sensor CVS1 Easy - zjišťování jedné dominantní barvy na výrobku (např. víčka)
• typ Color Vision Sensor CVS2 - zjišťování kombinace více barev (např. na etiketě nebo etiketa+barva podkladu)
• typ Contour Vision Sensor CVS3 - zjišťování kontur a tvaru výrobku (např. detekce otevřených lahví)
• typ OCR Vision Sensor CVS4 - zjišťování vytištěného textu a čísel (např. pro kontrolu data spotřeby)

 

Hlavní parametry kamerových senzorů:

• Typy optiky pro úhly naklonění (upevnění): 10°, 20°, 40°
• Jmenovitá snímací vzdálenost: 31 až 270 mm (dle typu)
• Snímané pole (CVS2 a CVS4): 21x10 až 110x115 mm2 (dle typu)
• Rozlišení kamery: 200 x 240 x 3 - RGB (typ CVS1 až CVS3) , 512 x 244 pixelů (typ CVS4)
• Přisvícení: 12 bílých LED integrovaných pouzdru
• Řídící a vyhodnocovací software dle typu CVSx
• Paměť na: 8 barev (CVS1), 15 barev (CVS2), 15 tvarů (typ CVS3), 17 pozic pro znak. řetězce a 30 obrazů (typ CVS4)
• Spínaný výstup: PNP nebo NPN
• Rozhraní pro připojení PC: RS 232 TTL
• HMI (Human-Machine Interface): Barevný displej a 5 membránových tlačítek
• Stupeň krytí: IP 67
• Napájení: 12 až 24 V DC

Color Vision Sensor CVS1 Easy

Základní a nejednodušší je typ "Color Vision Sensor CVS1 Easy", který umožňuje naučit se na detekci 8 určitých barev, například barev víček lahviček. Při rozhodování využívá jednodušší metody, kdy v obraze spočítá počet pixelů určité barvy a celkovou sumu porovnává s rozhodovací úrovní uloženou v paměti. Při učení takového senzoru s po předkládání jednotlivých lahviček nebo řad lahviček s různými barvami víček a podle displeje se filtry nastaví citlivost senzoru na určitý odstín jedné barvy nebo více barev, které se mohou vyskytovat v jednom záměru - viz obrázek níže. V samotném provozu pokud se v záměru nevyskytuje určitá stanovená kombinace barev, sepne nebo rozepne se výstup, kterým lze pak řídit aplikační zařízení.

OCR Vision Sensor CVS4

Naopak nejvyspělejší a nejsložitější typ "OCR Vision Sensor CVS4" používá mimo principu porovnání kontur a výrazných hran obrazu i OCR technologii rozpoznání znaků. Do paměti lze uložit až 16 informací o čase/datu a sériových čísel ve 12 různých formátech, 1 volně nadefinovaný formát znaků a čísel (max. 60 znaků v 6 řádkách) a až 30 referenčních porovnávacích obrazů.

Příklady použití

• Kontrola nalepení správné etikety na správný výrobek
• Kontrola zavřené láhve
• Hlídání data spotřeby na výrobcích
• Kontrola etiket a označení na výrobcích
• Zjištění kompletnosti výrobku
• Změna směru dopravy výrobků dle etiket, barvy, tvaru nebo textu
• apod.

 

Závěr

S rychlým vývojem CMOS obrazových chipů, procesorů a hlavně algoritmů pro zpracování obrazu je možné dnes již vyrábět kamerové senzory pro kontrolu, detekci a třídění výrobků. S těmito systémy lze provádět věci, na které jsou krátké "jednoduché" běžné optické senzory přiblížení nebo senzory barvy. Pokud tedy řešíte podobné problémy, jsou kompaktní kamerové systémy (senzory) jednou z možností.. Pro bližší informace pak odkazuji na stránky firmy SICK.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka české pobočky firmy SICK, výrobce senzorů - www.sick.cz
• Domovská stránka firmy SICK, výrobce senzorů - www.sick.com
• Článek o správné volbě optozávory na stránkách automatizace.HW.cz
• Článek o optických senzorech přiblížení na stránkách automatizace.HW.cz
• Článek o senzorech/detektorech barvy na stránkách automatizace.HW.cz