V systému B&R jsou hardware i software složky strojového vidění již plně integrovány do řídicího systému a vývojového prostředí. Díky tomu lze dosáhnout absolutní přesnosti a na mikrosekundy přesně synchronizovat všechny automatizační prvky včetně strojového vidění. Navíc aplikační technici jsou schopni nejen psát řídicí algoritmy, ale také sami do něj implementovat i úlohy strojového vidění.
Snímací vlastnosti kamerového senzoru
Multifunkční kamerový senzor B&R lze konfigurovat individuálně pro různé účely a tak jej plně přizpůsobit procesu stroje. Tomu odpovídají i možnosti objednání, které je možné přizpůsobit požadovaným potřebám, počínaje rozhodnutím mezi senzorem, kamerou nebo kamerou pro hluboké učení. Také je možné si vybrat z široké škály ohniskových vzdáleností objektivů, barev osvětlení a mnoha dalších variant. Navíc, na rozdíl od mnoha jiných podobných zařízení ve stejné třídě, zde není potřeba instalovat různé senzory pro různé funkce. Místo toho mohou uživatelé jednoduše nakonfigurovat stejný hardware senzoru různými funkce v inženýrském nástroji B&R Automation Studio, kde si mohou vybrat z jejich širokého výběru. Na stejný hardware kamerového senzoru lze tak nahrát a spustit až 255 různých modelů / režimů snímání a vyhodnocení a tak je možné identický hardware použít pro různé aplikace. To představuje výraznou úsporu nákladů pro údržbu, protože je potřeba menší počet fyzických položek náhradních dílů. Navíc je funkce definovaná jen softwarově v projektu automatizace, nikoli číslem položky hardwaru.
Možnosti nabízeného hardwaru, který je možné volit pro dodání kamerového senzoru B&R.
Mezi zajímavé vlastnosti B&R kamerových senzorů na straně hardwaru patří i možnost volit mezi 7 různými typy integrovaných objektivů a navíc je k dispozici také flexibilní varianta c-mount. Navíc zaostření objektivů je od výroby kalibrované nebo mají elektronicky nastavitelné zaostření. Na snímací straně pod objektivem je pak možné volit 3 varianty rozlišení snímače, konkrétně od 1,3 do 5,3 megapixelů.
Možnosti nabízeného hardwaru pro nasvícení snímaných předmětů.
Vše pak okolo objektivů doplňuje 7 variant LED nasvícení s až 4 různými barvami. Navíc výběr flexibilních světelných pruhů, kruhových světel a podsvícení zajišťuje optimální výsledky i v obtížných světelných situacích, přičemž každé světlo může mít až čtyři různé barvy LED. Výběr barvy tak sahá od bílé a různých viditelných barev až po neviditelné barvy. Infračervená nebo ultrafialová LED světla pak mohou být použita k tomu, aby určité struktury na snímaných površích se buď zneviditelnily nebo naopak se staly více viditelnými. Použitím takovýchto doplňkových osvětlení lze v různých aplikacích dosáhnout maximální intenzity a kontrastu. Správná barevná kombinace zároveň zajišťuje minimální dobu expozice a rozmazání.
Příklad rozdílu v kontrastu a viditelných detailech v závislosti na jakém nasvícení je snímek pořízen.
Každé světlo má integrovaný řadič blesku, takže není potřeba žádný dodatečný externí hardware. Díky integrovanému ovladači stroboskopu je pak řízení osvětlení přímo synchronizováno s automatizačním systémem v rozsahu a s předností na μs. Jako jediný výrobce na trhu vybavila B&R své světelné lišty i možnosti elektronického nastavení úhlu od -45° do +90° prostřednictvím fieldbus komunikace (například z PLC). To je výhodné zejména při výrobě více produktů na stejném stroji, kde lze úhel osvětlení automaticky a spolehlivě optimalizovat pro každou šarži.
Mezi další možnosti vylepšení snímání za různých podmínek patří různé filtry. Ty představují jednoduchý a levný způsob jak dále zlepšit kvalitu pořízených snímků i při nasazení na náročné povrchy snímaných produktů vyžadujících kvalitní kontrast v každé situaci. Například polarizační filtr dokáže eliminovat odrazy a odlesky a kolimační filtr zajišťuje i na lesklých površích optimální kontrast.
Příklad rozdílu v kontrastu a viditelných detailech v závislosti na použití různých filtrů.
Sofistikované vyhodnocení obrazu
Nové funkce vidění přebírají specifické úkoly zpracování obrazu, ať již jednotlivě ve obrazovém senzoru nebo jako funkční sekvence.
- Flexibilní zpracování obrazu
Integrace programového kódu HALCON do intuitivního uživatelského rozhraní usnadňují funkce vidění, zpracování obrazu a integraci výsledků do strojní aplikace. Například funkce "Kalibrace kamery" opravuje chyby související s perspektivou nebo optické zkreslení převodem hodnot pixelů na metrické hodnoty (např. pro kalibraci ruky v robotických aplikacích). Dále funkce zpracování obrazu umožňují snadno přidat různé elektronické filtry a kroky zpracování obrazu, jako například podporu ke čtení zakřivených písem. Pomocí funkce "Logika a matematika" pak následně lze mezivýsledky jedné nebo více funkcí zpracování obrazu v kameře využít k řízení následných kroků zpracování obrazu.
K dispozici v softwaru kamerového senzoru jsou však i více specializované funkce, které jsou přímo vhodné pro různé typy automatizovaných aplikací. Například s pomocí funkce "Clutter matching" lze definovat oblast v rámci zásahu nebo v jeho blízkosti, ve které není povoleno žádné překřížení / vzájemné propletení komponent. To je výhodné například pro aplikace typu pick-and-place, kde robot následně uchopí součást pouze v případě, že zvýrazněná oblast je bez dalších prvků.
OCR bez učení nebo parametrizace
Integrovaná funkce rozpoznávání znaků má výjimečnou schopnost okamžitě rozpoznat znaky. Pro vysokorychlostní čtení i při špatné kvalitě obrazu nebo obtížných znacích, jako jsou jehličková písma, není nutné provádět žádné učení algoritmu ani jeho parametrizaci. Navázaný systém hlubokého učení činí tuto funkci ještě spolehlivější a otevírá nové zajímavé možnosti jak zlepšit kvalitu, zvýšit produktivitu a zabránit zmetkům, a to vše při větší flexibilitě výroby. Všechny dostupné funkce kamery lze kombinovat s hloubkovým OCR rozpoznáváním.
- Funkce zpracování obrazu na bázi FPGA
Funkce předběžného zpracování obrazu na bázi FPGA otevírá širší škálu aplikací pro chytré kamerové senzory B&R, zejména pro potřeby detekce jemných 3D struktur na površích. Nejmenší odchylky lze zjistit porovnáním jednoho nebo více snímků s referenčním snímkem. Tato funkce se používá zejména k úlohám různé kontroly kvality a zjišťování rozdílů. Dalším případem použití pak může být i měření rychlosti. Systém zpracování "Shape from Shading" zachycuje více obrázků s různými úhly osvětlení, a tím právě umožňuje vizualizovat i jemné 3D struktury povrchu, jako je reliéfní písmo nebo škrábance.
Navíc integrovaný ovladač osvětlení zajišťuje přesné napájení pulzním proudem, kde již při délce pulzu 1 µs dosahuje světlo 100% intenzity. Na rozdíl od běžných systémů pro zpracování obrazu lze tedy systém vidění B&R bez problémů použít i ve vysokorychlostních aplikacích. Nedávno ve své ukázce technici B&R realizovali aplikaci, kde systém čte datový maticový kód na řezacím pásu pohybujícím se rychlostí až 56 m/s. Také vysoce výkonné osvětlení téměř zcela eliminuje vliv vnějšího světla, doposud obvykle rozhodující faktor kvality snímací kamerových systémů.
- Detekce anomálií v globálním kontextu
Detekce anomálií založená na hlubokém učení identifikuje s vysokou spolehlivostí i ty nejmenší odchylky ve struktuře. Tato detekční technologie již byla úspěšně testována pro automatickou kontrolu kvality dřevěných povrchů, textilií, svarových spojů a dalších. Na rozdíl od jiných metod hlubokého učení nevyžaduje žádné speciální označování různých tříd defektů. Ve většině případů stačí k natrénování sítě přibližně 100 dobrých snímků. Při odvozování se při detekci anomálií vyseparují oblasti snímků, které se výrazně liší od trénovacích snímků, např. zřetelně zvýrazněné povrchové vady.
- Řešení 3D úloh za 2D náklady
Nová funkce standardního 2D obrazového senzoru B&R umožňuje získat profily pohybujících se objektů pomocí inteligentních triangulačních algoritmů. Je možné odhadovat objem, mapovat průběh výškových nebo údolních profilů a další. Typické 3D úlohy lze vyřešit efektivně z hlediska zdrojů pomocí správné reprezentace obrazu a inteligentních 2D algoritmů. Jinými slovy: 2,5D.
Bezproblémová integrace do automatizačního systému
Společnost B&R před dodáním kalibruje všechny osvětlovací prvky a optické systémy skládající se z objektivu, snímače a nastavení zaostření. Při výměně zařízení v terénu tak nejsou nutné žádné změny parametrů nebo programování. V případě jakéhokoli servisu se tak doba odstávky stroje zkrátí na minimum. To také urychluje uvedení do provozu u sériově vyráběných strojů. Centrální správa dat v reálném čase umožňuje detailní diagnostiku a snadnou údržbu, automatické aktualizace firmwaru a parametrů při spuštění stroje a tak minimalizovat prostoje stroje.
Jednovodičové řetězové propojení systémů strojového vidění B&R umožňuje rychlé a cenově výhodné zapojení. Každá kamera tak potřebuje pouze jeden kabel, přičemž hybridní připojení M12 integruje kameru do sítě stroje a zároveň zajišťuje napájení 24 V DC. Druhé hybridní připojení umožňuje snadné zapojení Daisy-Chain topologie se systémem osvětlení. Tím se tak výrazně minimalizuje i délka a množství kabeláže.
Zprovoznění systému vidění navíc nevyžaduje složité programátorské dovednosti. Inženýři mohou snadno programovat, parametrizovat a dokonce simulovat zpracování obrazu v inženýrském nástroji B&R Automation Studio i bez nutnosti kompilovat celý projekt. Navíc možnost exportovat výsledky testů do Excelu pomáhá generovat údaje týkající se kvality, jako je například směrodatná odchylka.
Odkazy:
- Webové stránky výrobce B&R o strojovém vidění:
