Ce este un sistem de vizualizare?
Cel mai eficient sistem de procesare a imaginilor, cunoscut sub numele de sistem de vizualizare, se află în capul tău. Creierul tău identifică, procesează și interpretează constant ceea ce vezi. Ceea ce vi se pare natural și ușor este foarte greu de tradus în roboți. Toate sistemele de vizualizare construite se străduiesc să fie la fel de bune și eficiente în funcționarea lor precum creierul uman. Deși este încă imposibil să creezi un sistem de vizualizare la fel de universal precum creierul uman, în aplicații specifice, mașinile permit deja o eficiență mai mare a controlului de vizualizare și asigură, de asemenea, o stabilitate mai mare a sistemului. Sistemul de vizualizare, spre deosebire de creierul uman, nu va pierde concentrarea sau va obosi după câteva minute. Un sistem de vizualizare construit corect este un element cheie al liniei de producție a industriei 4.0. Asigură o înaltă calitate a produselor fabricate în aproape orice industrie. Sistemul de vizualizare va funcționa atât în producția de alimente, cât și în metal, poate verifica prezența elementelor sau poate efectua analize dimensionale precise. Măsurători 3D și recunoaștere a caracterelor? În zilele noastre, este mai mult o chestiune de planificare a datei de implementare decât dezvoltarea tehnologiei.
În ce constă sistemul de vizualizare?
Elementul principal al sistemului de vizualizare este o cameră cu lentilă. De ce vor fi discutate împreună aceste două elemente? Pentru că formează un tot integral, precum ochiul uman. Lentila corespunde corneei, în timp ce camera și, mai precis, inima camerei, adică senzorul fotosensibil – macula.
Senzorul sensibil la lumină transformă imaginea incidentă într-un semnal electric proporțional cu intensitatea luminii. În majoritatea sistemelor de vizionare, camerele monocrome (alb-negru) reprezintă o soluție suficientă și mai bună. Acestea oferă o rezoluție și o claritate mai bune a imaginii în comparație cu camerele color. Cu toate acestea, camerele color vor funcționa acolo unde este importantă analiza culorilor (deși acest lucru depinde și de aplicație, deoarece acest lucru se poate face și cu o cameră monocromă utilizată împreună cu un set de filtre optice). Deoarece matricea înregistrează doar intensitatea (luminozitatea) luminii incidente, pentru a obține o imagine colorată pe senzorul camerei este instalată o matrice de filtre de culoare (filtre Bayer): verde, roșu și albastru, care taie lungimile de undă rămase, prin urmare un pixel înregistrează intensitatea doar a unei componente a luminii vizibile. Pe baza asamblării a trei componente, se creează imaginea color rezultată. Puteți citi mai multe despre acest lucru în articolul nostru CCD / CMOS.
Tipuri diferite de camere care sunt utilizate în construcția sistemelor de vizualizare:
· Camere de scanare zonală – au o matrice dreptunghiulară cu latura de până la câteva mii de pixeli, sunt utilizate pentru a înregistra imagini 2D întregi în timpul unui ciclu de expunere. Astfel de camere vor fi utile în sistemele de vizualizare, unde întregul obiect sau caracteristică trebuie să fie observat și interpretat simultan.
· Camere de scanare liniară – au o matrice sub forma unei linii subțiri cu o lățime de câțiva pixeli, achiziționarea imaginii folosind camere de scanare liniară rulează linie cu linie, numai după plierea liniei se obține întreaga imagine a obiectului. Camerele de scanară liniară vor funcționa acolo unde se mișcă obiecte, de ex. pe o bandă transportoare, permițând o viteză mai mare și o rezoluție de inspecție.
· Camerele 3D – în principal camerele de vizualizare care utilizează tehnologia Time-of-Flight sunt utilizate în sistemele de vizualizare. Astfel de camere trimit un fascicul infraroșu modulat către obiect și examinează timpul necesar pentru ca fasciculul să parcurgă distanța cameră-obiect-cameră. Pe baza acestui lucru, se determină norul punctelor de scenă situat în fața camerei.
Lentila joacă două roluri importante în sistemul vizual: focalizează razele de lumină de pe suprafața obiectului pe planul matricei și limitează cantitatea de lumină care cade pe matrice. Astăzi lentilele sunt construcții complicate, adesea cu un preț egal cu camera. Este deosebit de dificil de realizat lentile mari cu o precizie ridicată. Prin urmare, împreună cu dimensiunea lentilei, prețul acestuia crește exponențial.
În funcție de modul în care sunt conduse razele și de funcțiile oferite, lentilele pot fi împărțite în mai multe tipuri de bază:
· Lentile cu distanță focală fixă – cea mai populară soluție utilizată în sistemele de vizualizare. După cum sugerează și numele, lentilele au o distanță focală fixă, adică nu oferă o schimbare a câmpului de vizualizare fără a schimba distanța de lucru. Aceste lentile au două inele de reglare: primul pentru focalizare, al doilea pentru controlul diafragmei. Cel mai adesea, sistemele de vizualizare sunt construite în așa fel încât să nu fie necesară modificarea distanței de lucru, prin urmare lentilele cu distanță focală fixă reprezintă un compromis ideal între funcții și preț.
· Lentile zoom – principiul de funcționare al lentilelor zoom este similar cu cel al lentilelor cu distanță focală fixă, cu excepția faptului că oferă și opțiunea de a schimba distanța focală, adică de a modifica câmpul de vedere al camerei. Astfel de lentile sunt mai des utilizate de ex. în robotică, mai ales dacă sunt echipate cu control electronic. De asemenea, sunt o soluție bună pentru testarea diferitelor soluții în construcția unui sistem de vizualizare.
· Lentile telecentrice – se caracterizează prin raze de ghidare paralele cu axa optică. Datorită lipsei erorii de perspectivă, lentilele telecentrice sunt utilizate pentru analize dimensionale precise. Lentilele telecentrice pot funcționa atât cu camere de scanare zonală, cât și cu camere de scanare liniară. Deoarece câmpul de vizualizare al lentilelor de telemetrie este egal cu diametrul obiectivului frontal al obiectivului, lentilele telecentrice sunt soluții mai scumpe decât cele două soluții prezentate mai sus.
· Lentile pericentrice (optică 360) – designul special al acestor lentile permite observarea simultană a suprafețelor frontale și laterale ale obiectului. În funcție de model, lentilele permit, de exemplu, inspectarea interiorul capacului sticlei, precum și filetul cu o singură imagine. Alte soluții permit vizualizarea întregii etichete plasate pe gâtul sticlă.
Iluminatul utilizat în sistemele de vizualizare a fost complet dominat de LED-uri. Iluminatoarele cu LED sunt surse foarte eficiente de lumină continuă, disponibile în multe culori diferite ale spectrului vizibil, UV și IR. LED-urile sunt o soluție de economisire a energiei, datorită faptului că nu emit multă căldură în comparație cu alte surse de lumină. Iluminatul utilizat în sistemele de vizualizare a fost complet dominat de LED-uri. Iluminatoarele cu LED sunt surse foarte eficiente de lumină continuă, disponibile în multe culori diferite ale spectrului vizibil, UV și IR. LED-urile sunt o soluție de economisire a energiei, datorită faptului că nu emit multă căldură în comparație cu alte surse de lumină.
Următoarele tipuri de iluminatoare sunt utilizate în sistemele de vizualizare:
· Iluminatoare frontale – de obicei, aceste iluminatoare au o formă dreptunghiulară cu diferite proporții de laturi: de la dreptunghiuri subțiri la pătrate mari. Aceste iluminatoare sunt utilizate pentru iluminarea frontală a obiectelor, din aceeași parte în care este setată camera. Iluminatoarele frontale au adesea lentile pe LED-uri care permit focalizarea luminii pe distanțe mai mari.
· Iluminatoare din spate – forma și caracteristicile iluminării seamănă cu iluminatoarele din față, dar spre deosebire de ele au aproape întotdeauna un difuzor de lumină mat, difuz, asigurând o omogenitate ridicată a luminii generate. Iluminatoarele din spate sunt plasate în spatele obiectului (adesea direct în spatele acestuia) și emit lumină către cameră. Acest tip de lumină îmbunătățește marginile obiectelor.
· Iluminatoare inelare – au LED-uri dispuse pe un plan inelar. Iluminatoarele cu inel sunt adesea montate pe cameră sau lângă cameră, astfel încât camerele să privească prin deschiderea lor. Iluminatoarele inelare sunt, de asemenea, utilizate pentru iluminarea frontală a obiectelor, asigurând o iluminare uniformă fără direcția indicată.
· Iluminatoare fără umbre – utile mai ales atunci când se iluminează suprafețe cu reflexie ridicată. Iluminarea fără umbre oferă o iluminare uniformă și omogenă, care subliniază în mod egal caracteristicile obiectelor. Iluminatoarele fără umbre pot avea forma unei cupole sau tunel cu un alezaj pentru cameră (LED-uri situate în baza carcasei, cupolă / tunel acoperite cu un strat dur orientând uniform lumina către obiect) sau un iluminator frontal plat cu un alezaj pentru cameră (cupolă cu rază ~ infinit, principiu de funcționare similar cu iluminatoarele frontale, cu excepția faptului că, în cazul acesta, camera plasată central nu creează umbre)
· Iluminatoare coaxiale – de obicei au o formă dreptunghiulară cu LED-uri situate în bază și o placă de despărțire a luminii care permite suprapunerii sursei de lumină și a camerei. Această combinație permite vederea denivelărilor pe suprafețe plane. Similar cu iluminatoarele fără umbre, acestea sunt o soluție adecvată pentru sistemele de vizualizare în care sunt observate obiecte strălucitoare
· Iluminatoare liniare – iluminatoare dedicate lucrului în sisteme de vizualizare folosind camere de scanare liniară. Acestea sunt caracterizate printr-un fascicul de lumină focalizat, longitudinal foarte luminos, care luminează precis fragmentul obiectului observat de cameră. Iluminatoarele liniare au o bandă îngustă de LED-uri conectate cel mai adesea la un obiectiv cilindric, astfel încât lumina să poată rămâne focalizată la distanțe de lucru mai mari.
· Spoturi – mici iluminatoare formate din unul / mai multe LED-uri. Vor funcționa acolo unde este nevoie să lumineze zone mici sau de ex. ca sursă de lumină în lentilele telecentrice cu iluminare coaxială separată
· Iluminatoare hiperspectrale / multispectrale – aceste iluminatoare se caracterizează prin emisia mai multor lungimi de undă de lumină diferite. Aceste iluminatoare pot lua forma diferitelor iluminatoare enumerate mai sus. Sunt folosite cel mai adesea în tandem cu camerele hiperspectrale.
· Alte surse de lumină – emit lumină puternică cu caracteristici specifice, care este apoi ghidată de fibră optică către locul de inspecție. Acest tip de iluminatoare este utilizat, printre altele, în microscoape sau iluminatoare speciale, fără electronice.
Sistem de vizualizare în realitate
Sistemele de vizualizare sunt utilizate pe scară largă în procesarea și producția produselor din plastic. Astăzi, practic fiecare instalație de producție de film folosește un sistem automat de inspecție. În special camerele de scanare liniară permit un control eficient și detaliat al filmului înfășurat pe role. Alte materiale inspectate sunt de ex. Fulgi PET, în special pentru sortatori optici și componente mici din plastic, cum ar fi fiole, recipiente, preforme și sticle întregi.
De asemenea, industria alimentară beneficiază de utilizarea sistemelor de vizualizare. Atât alimentele, cât și ambalajele pentru alimente pot fi supuse inspecției vizuale. Sistemele de vizualizare pot, de exemplu, să evalueze prospețimea cărnii, fructelor, legumelor, să caute „pete de zahăr” pe cartofi, să detecteze contaminanții din materiile prime pentru producția de alimente. Controlul ambalajului poate include controlul calității sigiliului, OCR / OCV – controlul imprimării etichetelor, sisteme de verificarea filetelor pe sticle / capace folosind lentile pericentrice, analiza completitudinii aranjării produsului în cutii sau pe paleți. Sistemele de vizualizare sunt prezente și în imprimante, unde sunt utilizate pentru a recunoaște și verifica automat textul, precum și pentru a evalua calitatea tipăririi. Sistemele de previzualizare a tipăririi sunt adesea utilizate în imprimante, care sunt trimise operatorului pentru evaluare.