|
Strojni vid – ključna tehnologija stoškovno učinkovitih avtomatizacijskih
rešitev
Pripravljen za prihodnost
Z veliko
stopnjo rasti v vseh industrijah in ustrezno velikim inovacijskim
potencialom so sistemi strojnega vida vzhajajoča zvezda industrijske
pokrajine. Strojni vid po korakih osvaja nova področja. Z mnogostranostjo in
brez presenečenja: strojni vid poveča produktivnost, zniža stroške, izboljša
kakovost proizvodov, zagotavlja varnost ljudi in omogoča konkurenčnost
proizvodnje celo v deželah z visokimi plačami.
Na kaj
dejansko mislimo, ko govorimo o strojnem vidu? Pojem zadeva tehniko umetnega
vida. Kamere in računalniki dajo strojem zmožnost, da »vidijo«, prepoznajo
in delajo prave odločitve. Podatki, ki so zapisani s kamero, se analizirajo
z računalnikom, ki sfiltrira pomembne informacije in pošlje rezultate na
krmilno enoto, ki skladno odgovori. Je šiv zvara sprejemljiv ali je
neustrezen glede varnosti? So vsi kontakti zaspajkani na čip? So površine
cevi popraskane? Je lepilo, ki fiksira vetrobransko steklo na karoserijo,
pravilno nanešeno? Je varnostni meh pravilno nameščen? Sistem strojnega vida
odgovarja na vsa ta vprašanja, in več. Hitro, s polno zanesljivostjo in
stroškovno učinkovitostjo.
Kontrola
površin, preverjanje kompletnosti, tehnika merjenja, identifikacija in
robotski vid: vse to so tipična opravila strojnega vida. Ta inovativna
tehnologija se uporablja na širokem spektru aplikacij, tudi izven
proizvodnje, kot je identifikacija oseb, pri obdelavi dokumentov in v
prometnem inženiringu.
Kakovost brez napak
Kupci
razumljivo zahtevajo brezhibne proizvode od proizvajalca. Vidne površinske
napake še posebno vodijo k dragim pritožbam, tudi če proizvod deluje
pravilno. Toda zakaj je v mnogih proizvodnih procesih vizualni končni
pregled edina stopnja, ki se še vedno opravlja ročno, z velikimi napori, in
pogosto samo na osnovi kontrole točke? V večini primerov bi bilo veliko bolj
dobičkanosno avtomatizirati to opravilo z uporabo strojnega vida.
S
sistemom strojnega vida je mogoče 100-odstotno kontrolo enostavno
avtomatizirati, celo če gre za veliko količino materiala. Trenutno obstajata
dve v osnovi različni testirni metodi za avtomatsko kontrolo površin:
-
odkrivanje napak na enakomerno strukturiranih površinah z uporabo opisov
napak (praske, zareze, luknje ipd.),
-
odkrivanja napak po vzorcih (vključno z večbarvnimi) s primerjavo s
shranjeno referenco.
Pregled
kontinuiranega materiala (''web inspection'') je bil na splošno odvisen od
ugotavljanja najmanjših napak pri visoki hitrosti proizvodnje. Zahvaljujoč
napredku kamer in velikemu povečanju zmogljivosti računalnikov se sedaj
dosega visoka hitrost pregledovanja pri veliki ločljivosti.
V
zadnjih letih so se barvne kamere močno izboljšale v pogledih zanesljivosti,
ločljivosti in hitrosti. Zahvaljujoč temu je na področju kontrole površin na
tržišču naraslo število rešitev za barvni nadzor.
Avtomatsko krmiljenje toka materiala
Avtomatizacija je na pohodu v vse sektorje industrije. Za zagotavljanje
nemotenega toka materialov se vedno pogosteje uporabljajo sistemi strojnega
vida. Ti identificirajo proizvode, si zapomnijo informacijo in jo
posredujejo naprej, ter zagotavljajo, da je ustrezna komponenta dobavljena
na ustrezen položaj in podvržena ustreznemu procesnemu postopku. Tu sta dve
bistveno različni aplikaciji: prepoznavanje kode in znakov ter prepoznavanje
delov in pozicij.
Prepoznavanje kode in znakov evidentira oznake proizvodov, ki vsebujejo
specifične informacije, ki se dekodirajo z računalnikom. Veliko ekspertiz o
metodah osvetljevanja in bralnih algoritmov je bilo izvedenih: znaki, ki so
uliti ali vtisnjeni, se s strojnim vidom lahko prečitajo ravno tako
zanesljivo kot kode zapisane z uporabo igličnega označevalnika ali
brizgalnega/laserskega tiskalnika.
Tipične
aplikacije so prepoznavanje ali verificiranje črtnih kod, 2D-kod, OCR ali
ročne pisave, t. j. na komponentah v avtomobilski in elektronski industriji,
na embalaži prehranskih in farmacevtskih izdelkov (datumi dovoljene uporabe,
serijske številke).
Deli se
prepoznavajo s primerjavo objektov z referenčnimi modeli ali vzorci (konture
ali drugi specifični znaki). Prepoznavanje delov s sistemi strojnega vida v
glavnem tudi zagotavlja podatke o poziciji proizvoda. Zato je posebno
primerno za naslednje aplikacije:
-
dovajanje majhnih delov v avtomatskih dovajalnih napravah montažnih
linij,
-
sortiranje in pakiranje različnih tipov delov in materialov,
-
nadzorovanje delov na avtomatskih proizvodnih strojih.
Uporabniki imajo korist od visoko zanesljive identifikacije, ki se lahko
dosega celo v težkih razmerah v proizvodnih obratih. Stopnje zanesljivih
prepoznavanj se lahko tudi reproducirajo, celo pri umazanih površinah, slabi
kakovosti znakov in slabo definiranih konturah.
Protokolirana 100-odstotna kontrola
Uporaba
strojnega vida za kontrolo kompletnosti (popolnosti) je prevladujoča v
montažnih obratih. Črno-bele in barvne kamere izvajajo kontrolo med procesom
ali kot končno kontrolo, ali so bile komponente pravilno sestavljene. Le-te
tudi kontrolirajo prisotnost in pravilen položaj različnih komponent. V
nekaterih primerih se istočasno izvaja tudi površinska kontrola.
Pri
odbijačih, na primer, vključuje kontrolni kriterij pravilno montažo svetil,
indikatorjev in potrebno gladkost površine. V elektronski industriji se
kontrolirajo tiskana vezja glede na pravilnost kontaktov in kompletno
sestavo komponent.
V
proizvodnji delov pomembnih za varnost, kot so zaščitni mehovi, omogoča
strojni vid 100-odstotno kontrolo proizvodnje in zagotavlja popolno
sledljivost.
Število
potrebnih pregledov za 100-odstotno kontrolo v celoti zavisi od
kompleksnosti testiranega predmeta. V ta namen je testirni sistem opremljen
z eno ali več matričnimi kamerami in z ustreznim številom osvetljeval. Če
robot pozicionira testirni predmet pred kamero, se lahko generirajo različne
pogledi pri zajemu slik.
Kontrola
kompletnosti ni opravilo primerno za ljudi, ker je delo preveč enolično in
ker je hitrost proizvodnje pogosto previsoka za človeško testiranje. Tu je
strojni vid bolj zanesljiv, hitrejši in bolj ekonomičen.
Brezkontakno, fleksibilno in hitro
Kontrola
kakovosti – največje področje uporabe strojnega vida – obsega kontrolo
površin, kontrolo kompletnosti in merilno tehniko.
Kar
zadeva natančno merjenje z uporabo strojnega vida, velikost testiranih delov
ni pomembna. Sistemi strojnega vida lahko kontrolirajo dimenzijsko
natančnost elektronskih modulov v mikrometrih ali izvajajo tridimenzionalno
merjenje vrzeli celotne karoserije avtomobila.
V
primerjavi z dotičnim pristopom nudi strojni vid številne prednosti:
merjenje je brezkontaktno, izjemno hitro in se lahko izvaja v proizvodnem
ciklu. Namesto jemanja naključnih vzorcev in vstavljanja v merilno napravo
deluje strojni vid ''inline'' in zanesljivo meri vsako posamezno komponento,
brez omejevanja hitrosti proizvodnje.
Dvodimenzionalne informacije (dolžina, širina ipd.) se dobijo relativno
enostavno z uporabo osvetlitve v ozadju, kar ni vedno mogoče in zavisi od
proizvodnega okolja. Pogosto se morajo meritve izvajati z uporabo stranske
osvetlitve. Tukaj se učinki kot napake paralakse ali površine različnih
odbojnosti zanesljivo preprečijo z natančnimi metodami kalibriranja, visoko
kakovostno optiko in algoritmi za varno korekcijo.
Na vrhu
so 3D tehnike kot svetlobno ''sekcioniranje'' ali stereometrične metode za
merjenje varilnih šivov, oblikovanih delov iz pločevine in celotnih vozil.
Ti brezkontaktni postopki omogočajo natančno merjenje, primerljivo z
rezultati merilnih sistemov na dotik – razen da so meritve s sistemi
strojnega vida znatno hitrejše in fleksibilnejše.
Učinkovito in fleksibilno
Kot že
ime pove, je robotski strojni vid oko robota. Njegova najpomembnejša
opravila obsegajo določanje položaja, določanje točke prijema in natančno
pozicioniranje vsake geometrije (na njeni osnovi). Potem ko je robotski vid
identificiral vrsto predmeta in prepoznal njegovo lego, je zanesljiv prijem
zagotovljen - pomemben predpogoj pri avtomatizirani proizvodnji.
Osrednja
točka možnih področij aplikacij je popolnoma avtomatizirana montažna linija.
Sistemi robotskega vida nudijo visoko stopnjo fleksibilnosti celotnega
sistema, kombiniranega z izboljšano natančnostjo pozicioniranja in
kakovostjo proizvoda.
Prav
tako kot natančna določitev položaja se takoj prepoznajo napake v dovajalnem
sistemu ali tuji predmeti, in sistem se ustavi, preden se zgodi poškodba.
Visoko natančni mehanski in zato dragi dovajalni sistemi zato odpadejo.
Ena od
posebnih lastnosti robotskega vida je, da sta prostorski koordinatni sistem
robota in strojnega vida usklajena drug z drugim in da je sistem strojnega
vida natančno kalibriran. Komunikacija med sistemoma je standardizirana in
enostavna.
Tipične
aplikacije vključujejo:
-
vodene in optimirane aplikacije lepljenja,
-
najbolj prilegajoča montaža vetrobranskega stekla,
-
izboljšana kakovost varjenja z določanjem natančnega položaja med
robotskim varjenjem,
-
paletizacija in depaletizacija, n. pr. pri proizvodnji motorjev,
-
pozicioniranje komponent, n. pr. pri montaži tiskanih vezij ali mobilnih
telefonov.
Roboti,
ki ''vidijo'', že omogočajo, da je proizvodnja bolj fleksibilna in
učinkovita. V bližnji prihodnosti bodo sodelovali interaktivno z ljudmi in
delali z njimi z roko v roki kot proizvodni asistenti v skupnem,
porazdeljenem delovnem prostoru brez zaščitnih ograj.
Strojni
vid v varnosti, medicini, krmiljenju prometa
Tehnologija strojnega vida se pospešeno uporablja izven tovarn – v medicini,
v laboratorijih, na avtocestah, na parkiriščih, v bankah, na javnih
mestih, v logistiki drobnoprodaje. Te neproizvodne aplikacije predstavljajo
že četrtino skupne prodaje sektorja strojnega vida, kar dokazuje,
da je ta tehnologija v ozadju inovacij v dejansko vsakem vidiku
vsakodnevnega življenja.
Primeri
neproizvodnih aplikacij strojnega vida:
-
avtomatsko štetje krvnih celic,
-
čitanje registerskih tablic,
-
biometrični nadzor dostopa in prepoznavanje obraza,
-
avtomatsko prepoznavanje sumljivih aktivnosti na javnih mestih (n. pr.
puščanje torbe brez prisotnosti),
-
čitanje loterijskih lističev ali denarnih nakaznic,
-
razvrščanje pošte in logistika paketov,
-
sistem strojnega vida za pomoč vozniku avtomobila.
Koristi
strojnega vida se obširno aplicirajo tudi izven industrijske proizvodnje,
kjer omogočajo izboljšano varnost in optimirane procese. Potencial te
tehnologije na omenjenih področjih je daleč od izkoriščenega, veliko
inovacij je na vidiku.
Strojni
vid – investicija, ki se splača
Tehnologija strojnega vida se stalno širi na nova področja. Čeprav je ta
pozitivni razvoj deloma zaradi novih možnosti tehnologije, je glavno gibalo
stroškovna učinkovitost sistemov strojnega vida.
Končno
morajo biti investicije dobičkanosne. Izkušnje kažejo, da se investicije v
strojni vid izplačajo že po 6 do 18 mesecih. Po tem času prinašajo vsak dan
prihranek denarja.
Sistemi
strojnega vida identificirajo pomanjkljive dele v najbolj zgodnji fazi
proizvodnje. Ti deli se takoj odstranijo iz proizvodnega procesa. To
prihrani stroške. V mnogih primerih se lahko odstranjeni del ponovno vključi
v proizvodni proces - kar prihrani material. Pomanjkljivi deli nikoli ne
dosežejo naslednje stopnje v proizvodnji in zato ne povzočajo nobenih
posledičnih stroškov.
Elektronske oči strojnega vida nadomeščajo vizualno kontrolo kakovosti
zaposlenih v mnogih stopnjah proizvodnje in tako povečajo razpoložljivost in
ponovljivost procesov. Visoko kvalificirano osebje je lahko zaposleno bolj
produktivno na drugih področjih in dela bolj učinkovito za podjetje ter s
povečano motivacijo izvaja bolj komplicirana opravila.
Zaradi
kompleksnosti visoko avtomatiziranih proizvodnih linij vedno obstaja
možnost, da lahko nepravilnosti začasno ustavijo celoten proizvodni proces.
Kamere stalno nadzirajo kritična področja in zmanjšujejo čase izpada
proizvodnje. Dodatno sistem identificira ponovne napake, ki se lahko potem
sistematsko odpravijo, najbolje pri njihovem viru. Rezultat je povečana
produktivnost in razpoložljivost sistema.
Strojni
vid vas pripelje bliže končnemu cilju kakovosti: nič napak. Višja kakovost
prinaša konkurenčne prednosti, predvsem na področjih, ki so varnostno
kritična, kjer ta skok v kakovosti pogosto omogoča podjetjem, da dosežejo
nove trge. Kupci so pripravljeni plačati več za boljše proizvode, medtem ko
pritožbe ne pomenijo samo nezadovoljnih strank, ampak tudi dodatne stroške.
Drugo,
kar je potrebno upoštevati je, da se zmogljivost tehnologije strojnega vida
stalno povečuje. Računalniška zmoglivost strojne opreme stalno narašča,
medtem ko istočasno postaja bolj ekonomična. Današnja tehnologija strojnega
vida je modularna in skalabilna: uporabniki lahko izbirajo med
standardiziranimi, stroškovno učinkovitimi sistemi za enostavna opravila in
med kompleksnimi sistemi, ki rešujejo probleme, ki so bili v preteklosti
nererešljivi.
Strojni
vid potrebujete, ker ...
Vir:
Machine
vision 2007-2008
Key
Technology for Cost-Effective Automation Solutions
VDMA
12.10.200
|
