Jste zde

Systémy strojového vidění Banner

Antonín Vojáček, 6. Červenec 2022 - 20:06

Každá moderní automatizovaná aplikace potřebuje správně identifikovat, analyzovat nebo kontrolovat různé parametry zpracovávaných či přepravovaných výrobků. K tomu slouží různé koncepce obrazovaného kamerového snímání.

Proč využívat strojové vidění?

Tak jak lidé využívají svůj zrak pro zkoumání předmětů, se kterými mají pracovat, tak i automatizované aplikace potřebují mít svůj „zrak“ pro zajištění obráběcích, montážních či balicích procesů nebo následně pro kontrolu jejich výstupů pro zajištění kvality, například zda procesy probíhají správně, zda výrobky či obaly mají správné tvary a rozměry, zda nevykazují vady nebo zda nedošlo k chybnému zadání procesu výroby.

Oblast strojového vidění lze zhruba rozdělit na následující oblasti:

D etekce a vyhodnocení vad a chyb.
Identifikace a třídění předmětů a materiálů.
Čtení, identifikace a validace čárových kódů.
Měření rozměrů a identifikace pozice / umístění.

Každá z těchto oblastí požaduje trošku odlišné vlastnosti, parametry a funkce snímání a tím i jinak koncipované kamerové senzory. Ty se pak odlišují nejen svojí výbavou, ale i svými implementovanými funkcemi, rozměry a ve výsledku samozřejmě i cenou.

Příklady použití obrazových snímačů a kamer

Kamerové senzory iVu

V sortimentu Banner jsou základní ekonomickou a přesto univerzální řadou výrobky s označením iVU, které dokáží provádět všechny standardní požadavky v prvních třech výše uvedených oblastech. Jsou proto první základní volbou pro velkou škálu aplikací.

Pro kontrolu a vyhodnocení tvarů, natočení, počítání a přítomnosti prvků či oblastí v nasnímaném obraze v porovnání s referenční předlohou slouží základní varianta „iVu Vision Sensor“ s černobílým snímání obrazu a funkcemi „Match“ (shodnost), „Area“ (oblast), „Blesmish“ (vady) a „Sort“ (třídění). Pro kontrolu barev a jejich odstínů, například pro hlídání správné funkce tiskáren a kvality obalů, nebo pro detekci přítomnosti a třídění výrobků podle barev pak slouží senzory typu „iVU Color“ s barevným snímáním obrazu a implementovanými přidanými funkcemi porovnání odstínu barev a velikosti barevné plochy („AverageColor“, „Color Area“ a “Color Compare“).

Čtení, identifikaci a i částečnou validaci všech běžně rozšířených čárových 1D i 2D kódů pak provádí typ „iVu Barcode Reader (BCR)“. Ten umožňuje číst informaci uloženou v čárovém kódu, odeslat ji do nadřazeného systému nebo porovnat část s uloženou předlohou. Tedy provádět i základní validace.

Všechny výše uvedené varianty iVu kamerových senzorů spojují stejné kompaktní rozměry 95,3x81,2x52,3 mm s krytím IP67 a provedení s integrovaným či vzdáleným barevným dotykovým displejem, nebo zcela bez displeje jen s ethernetovým nastavením z PC. Podle typu aplikace a požadavků obsluhy tak lze zvolit tu nejvýhodnější variantu. Z displeje i z PC lze kontrolovat provozní stav, aktuální výsledky snímání i vyhodnocení a provádět kompletní nastavení. Vzdálený kabelem připojený displej se hodí zejména ve stísněných podmínkách či při použití senzoru v nebezpečné oblasti, například uvnitř ochranné oblasti robotů.

Senzory iVu jsou standardně osazeny vestavěným objektivem, který však dovoluje měnit čočku podle požadovaného dosahu a oblasti snímání. Senzor tak může zůstat stále stejný i při případné pozdější změně řešení aplikace. Napájení a komunikaci zajišťuje dvojice konektorů M12, jeden pro multiprotokolovou ethernetovou komunikaci (Modbus-TCP, Profinet, EtherNet/IP) s nadřazeným PLC či PC systémem, druhý pak pro přivedení napájení 10 až 30 VDC a I/O signály obsahující nejen řídicí trigger vstup a spínané vyhodnocovací výstupy, ale také sériovou komunikaci RS-232.

Součástí iVu senzorů je i LED osvětlení snímané oblasti (červené, zelené, modré, bílé, UV nasvícení). To je však efektivní do vzdálenosti cca 30 cm od senzoru. Pro větší vzdálenosti lze pak vybrat ze široké nabídky externích osvětlovacích LED modulů, ať již pro přímé přední nasvícení, pro tzv. zadní backlight nasvícení vhodné pro detekci tvarů, či nasvícení v ose, či kolmé na snímanou plochu.

Základní varianty senzorických detekčních kamer Banner iVu.

Chytré kamery VE Smart

Pro aplikace rychlé detekce a identifikace, měření rozměrů předmětů či jejich pozice pro koordinaci například uchopování roboty, slouží vyšší řada chytrých barevně snímajících kamer VE Smart. Také umožňují současně provádět funkci identifikace (vad, tvaru, natočení apod.) i čtení čárových kódů. Pro plné přizpůsobení různým podmínkách jsou standardně vybaveny systémem výměnných objektivů s bajonety C-Mount, rychlejším zpracováním a výbavou sofistikovanějších funkcí jako například „Line Detect“ a „Circle Detect“ (detekce přímek a kruhů, „Edge“ (hrany), „Measurement“ (měření rozměrů), „Locate“ (lokace umístění), „Math“ (matematické operace) a další.

Kamery VE Smart tak vyhovují pro prostředí s náročnými světelnými podmínkami, proměnnou vzdáleností pohybu produktů od objektivu kamery a vysoké výrobní kapacitě linky. Objektivy je možné osadit různými filtry a použít různé typy externího nasvícení. Instalovaná funkce automatického ostření (autofocus) a rozlišení až 5 megapixelů umožňuje současně detekovat mnoho malých detailů v jednom obraze nebo používat současně více detekčních funkcí, například kontrolovat vady, detekovat přítomnost namontovaných prvků (např. konektorů, šroubků, správný typ a natočení součástek), snímat tzv. DPM kódy přímo vyznačené na povrchu produktu, jejichž správné přečtení je často velmi náročné pokud jsou například vylaserované na lesklém povrchu kovů.

Ukázky dostupných funkcí detekčních kamer Banner VE Smart.

VE Smart kamery si však stále uchovávají velmi odolné kompaktní provedení pouzdra rozměrů 88x67x41,4 mm, které při použití přídavného krytu objektivu dosahují stupně krytí také až IP67. Připojení je opět realizováno průmyslovými konektory M12 a M8, opět jak pro komunikační multiprotokolové ethernetové rozhraní, tak pro napájení i I/O signály. Pro základní hlídání stavu běhu a nastavení komunikačních parametrů (např. IP adresy) slouží malý displej a ovládací tlačítka.

Základní varianty senzorických detekčních kamer Banner VE Smart.

Bezplatný software Banner Vision Manager

Pro nastavení, ladění funkce i kontrolu provozu, statistické výsledky i zpětnou kontrolu pořízených a uložených obrazových snímků slouží bezplatný software „Banner Vision Manager“ volně stáhnutelný ze stránek společnosti Banner. Ten navíc umožňuje režimem „emulátor“ si zkusit funkci požadované aplikace s vložením fotek pořízených například mobilním telefonem. Tak je možné si otestovat možnosti realizace implementovaných funkcí a požadovaného vyhodnocení bez jakýchkoliv nákladů.

Základní vlastnosti bezplatného softwaru Banner Vision Manager.

Čtečky ARB

Pro čtení a validaci čárových kódů prakticky libovolných známých typů na libovolném povrchu a to nejen těch základních 1D a 2D DataMatrix a QR, ale i pro speciálních kódů využívaných v přepravních službách, slouží specializované kamerové čtečky ARB. Specializovanou konstrukcí poskytují proti iVu BCR větší čtecí výkon a současně menší zástavbové rozměry.

Příklady použití kamerových čteček čárových, 2D a QR kódů Banner ABR3000 a ABR7000.

Platí to zejména u řady ARB3000 s kompaktním hliníkovým pouzdrem velikosti cca malé krabičky sirek (48,5x23,5x45,4 mm). Přitom obsahuje základní nasvícení dvěma LED, zaměřovací laserové ukazovátko a jak IO výstupy (např. pro přímé řízení vyřazovacích prvků), tak multiprotokolovou ethernetovou nebo USB komunikaci.

Pro nastavení parametrů čtení slouží opět bezplatný PC software „Barcode Manager“, který provází uživatele celkem 3 kroky nastavovacího/učícího procesu k úspěšné a bezchybné detekci.

V případě náročných světelných podmínek čtení čárových kódů pak je možné zvolit vyšší řadu ARB7000, která se sice vyznačuje o něco většími rozměry, ale již obsahuje vestavěné LED přisvícení scény (včetně UV nasvícení) a možnost upevnit různé filtry (barevný či polarizační).

Porovnání různých typů kamerových systémů Banner pro různé aplikace čtení čárových, 2D DataMatrix a QR kódů.

Závěr

Široké množství variant kamerových senzorů, možností objektivů, filtrů a různého integrovaného i externího LED nasvícení umožňuje realizovat téměř jakoukoliv aplikaci optického vyhodnocení. Tato oblast doplňků je již také nezbytnou součástí každého ucelného sortimentu kamer a senzorů strojového vidění.