Avicon

Systemy inspekcyjne są rozwiązaniami uzupełniającymi linię produkcyjną. Proste połączenie kamery z komputerem może przynieść wiele korzyści, od przyspieszenia procesu produkcyjnego, przez wzrost jakości wytwarzanych produktów, po oszczędności poczynione z tytułu większej niezawodności systemu. Wizja maszynowa pozwala podejść do istniejących już problemów z zupełnie innej strony i znacznie uprościć wiele procesów.

Przemysł to jeden z największych beneficjentów technologii wizyjnej.

Największą przemysłową rewolucją było wprowadzenie pierwszej linii produkcyjnej w 1917 roku. Od tego czasu znacząco nasiliła się tendencja automatyzacji i przyspieszenia całego procesu produkcyjnego. Z każdym rokiem na świecie powstawały kolejne ośrodki, w coraz to większym stopniu opierające swoje działanie na nowoczesnej technologii. W ostatnich kilkunastu latach swoją cegiełkę na drodze dalszego rozwoju automatyzacji dokładają systemy wizyjne. Widzenie maszynowe pozwoliło jeszcze bardziej uniezależnić się od czynnika ludzkiego i dzięki temu zoptymalizować niejedną linię produkcyjną. Początkowo dużą barierę stanowiły ograniczenia stosowanych komponentów wizyjnych, w szczególności kamer. Rozwój matryc oraz cyfrowej akwizycji danych pozwolił na większą elastyczność, a także otworzył nowe przestrzenie dla aplikacji widzenia maszynowego.

Szczególnie pomocne przy wdrażaniu technologii wizyjnej w przemyśle jest coraz większa ilość gotowych rozwiązań. Przykładem mogą być kamery inteligentne, zawierające w sobie kamerę, oświetlacz, a także komputer sterujący. Takie rozwiązanie jest niezwykle kompaktowe i elastyczne, dzięki czemu nie ma problemów z szybką integracją w już działających liniach produkcyjnych, a także w nowoutworzonych zespołach. Do bardziej skomplikowanych problemach, gdzie gotowe rozwiązania nie jest w stanie zapewnić wystarczających rezultatów, konstruowane są systemy „PC-based”. Tego typu systemy wizyjne składają się z oddzielnej kamery, wraz z obiektywem, komputera, oświetlacza i, jeśli jest taka potrzeba, także innych, dodatkowych elementów, jak np. frame grabery, obudowy, itp.

Niewątpliwą zaletą systemów wizyjnych, która w znacznym stopniu przyczynia się do ich popularności w wielu zastosowaniach przemysłowych jest to, że pomiary odbywają się bezstykowo. Dzięki temu nie trzeba się obawiać o wpływ sensorów na badany element, jak ma to miejsce w pomiarach kontaktowych. Co więcej, systemy wizyjne pozwalają zrealizować te same zadania szybciej niż przy metodach stykowych.

Maszyna czy człowiek?

Już od dziesiątek lat dąży się do jak największego zautomatyzowania procesu produkcyjnego i wyeliminowania czynnika ludzkiego, który jest zdecydowanie bardziej podatny na błędy i nie zawsze może zapewnić powtarzalność rezultatów. Kolejnym aspektem przemawiającym na korzyść maszyn jest prędkość działania. Automatyczne linie produkcyjne potrafią nie tylko wykonywać daną operację szybciej, ale także utrzymywać tę prędkość 24 godziny na dobę, siedem dni w tygodniu. Nie występuje u nich problem zmęczenia powtarzalnością działań.

Dużą rolę w obecności takiego stanu rzeczy mają naturalnie systemy wizyjne, stanowiące element komplementarny wielu linii produkcyjnych. Wizja maszynowa pełni zarówno rolę kontrolną jak i stanowi podstawę wielu systemów utrzymania ruchu. Dzięki niej np. przy inspekcji powierzchni nie ma potrzeby polegania na subiektywnej ocenie człowieka, a cały proces może odbywać się automatycznie zaledwie w ułamku sekundy. Człowiek za to może pełnić rolę kontrolną w stosunku do używanych systemów automatyzacji i pilnować, aby produkcja przebiegała sprawnie. Inną ważną rolą jakiej nie mogą sprawować maszyny to wszelkiego rodzaju prace serwisowe. Wszystkie elementy linii produkcyjnej muszą być utrzymywane w jak najlepszym stanie, aby zagwarantować długą, nieprzerwaną pracę.

Przemysł 4.0

Widzenie maszynowe idealnie wkomponowuje się w ideę przemysłu 4.0. Jest to kolejny krok ewolucji po automatyzacji procesu wytwarzania. Przemysł 4.0 zakłada pełną integrację współpracujących maszyn za pomocą standardów internetowych, stosowanie zaawansowanych algorytmów samouczących się, a także w pełni automatyczną inspekcję wizyjną. Chodź sam termin jest jak na razie względnie nowy, obserwuje się coraz większe zainteresowanie nowymi rozwiązaniami, kierowanymi do ośrodków produkcyjnych i przemysłowych. Przemysł 4.0 zakłada utworzenie Internetu rzeczy na terenie fabryki, gdzie zaawansowane systemy sterują procesami i podejmują decyzje w czasie rzeczywistym.

Deep learning

Technologia deep learning to najnowszy trend komputerowych systemów wizyjnych, który szczególnie korzyści może przynieść m.in. właśnie w zastosowaniach przemysłowych. Deep learning to ogólne określenie algorytmów samouczących się, komputer wykonuje zadania naturalne dla ludzkiego mózgu. Przykładową aplikacją może być klasyfikacja złych i dobrych obiektów. Standardowo utworzenie systemu do takiego zadania wymagałoby napisania algorytmu, w którym zawarte byłyby instrukcje jak rozpoznać defekty. Dzięki deep learning wystarczy podać programowi jedynie zdjęcia złych i dobrych obiektów, a system sam rozpozna i nauczy się po jakich cechach dokonywać klasyfikacji. Takie podejście to nie tylko oszczędność czasu, ale również droga do nowych aplikacji, wcześniej niemożliwych do realizacji.

Zastosowania

W przemyśle panuje zasada: nie ma miejsc, w których automatyzacja produkcji by się nie opłaciła. Jeśli jednak tak się stało, wynika to tylko ze źle zaplanowanej integracji. Tak samo jest z wizją maszynową. Miejsc, w których systemy wizyjne mogą się sprawdzić, można wyliczać w nieskończoność. Od zastosowań kontrolnych, przez system utrzymania ruchu, aż w końcu po autonomiczne urządzenia głównie opierające się o widzenie maszynowe.

Wizja maszynowa jest niezastąpiona przy szybkiej analizie bardzo dokładnych elementów elektronicznych. Dokonywanie płynnej inspekcji nie byłoby możliwe, gdyby robił to człowiek. Dodatkowym utrudnieniem jest także to, że elementy te są zazwyczaj bardzo małe, co praktycznie uzależnia inspekcję takich obiektów od systemów wizyjnych.   

System kamer świetnie sprawdzi się np. przy sprawdzaniu kompletności obiektu. Taka operacja przyda się szczególnie przy wszelkiego rodzaju załadunku, zarówno jeśli chodzi o pakowanie produktów w kartony czy ustawianie ich na palecie. Jeśli zostanie wykryty niekompletny pakunek, komputer zostaje o tym automatycznie powiadomiony i podejmuje decyzję, jakie działania podjąć. Innym zdaniem, idealnym dla wizji maszynowej są wszelkiego rodzaju inspekcje pomiarowe oraz kontrola pozycji obiektów. Na podstawie tego ostatniego opierają swoje działanie systemy „bin pickingu”, dzięki którym ramię robota może pobierać elementy losowo rozmieszczone w kontenerze, bez uprzedniego uporządkowywania ich.

Innymi ciekawymi sposobami wykorzystania technologii wizji maszynowej są wszelkiego rodzaju systemy OCR (Optical Character Recognition) do rozpoznawania znaków, na podstawie obrazów rastrowych. Zadaniem OCR może być wszelkiego rodzaju odczytywanie etykiet oraz automatyczne pobieranie danych, znajdujących się na opakowaniach. Wizją maszynową są również czytniki kodów, zarówno zwykłych kodów kreskowych 1D, jak i kodów QR 2D.

Do systemów wizyjnych zaliczają się także sortery optyczne, pracujące in-line jak i off-line. Urządzenie te jest połączeniem systemu kamer oraz mechanizmu odrzutu.  Optyczne sortowniki pozwalają osiągnąć wydajność nawet kilkunastu ton przesortowanego materiału, z niemal stu procentową dokładnością. Maszyny te są szeroko stosowane do sortowania żywności typu zboża, owoce, warzywa, a także do produktów nieorganicznych takich jak ceramika, minerały, szkło, odpady.

Przedstawione przykłady to jedynie typowe, wielokrotnie już stosowane rozwiązania, wykorzystujące systemy wizyjne. Każde zagadnienie stanowi jednak osobny, ciekawy temat otwierający nowe obszary przed widzeniem maszynowym. Ciągły rozwój zarówno komponentów wizyjnych jak i oprogramowania przyczynia się do powstawania coraz przystępniejszych i bardziej opłacalnych rozwiązań.