Systemy wizyjne są rozwiązaniem, które pojawia się coraz częściej w wielu gałęziach przemysłu. Ich głównym zastosowaniem jest szeroko rozumiana kontrola jakości. Dzięki zaawansowanych technologiom, sztucznej inteligencji oraz sieciom neuronowym tego typu rozwiązania usprawniają produkcję, zmniejszają ilość odpadu oraz stanowią olbrzymie wsparcie dla operatorów oraz osób zajmujących się kontrolą jakości. O szczegółowych wdrożeniach systemów wizyjnych możesz przeczytać tu, natomiast poniżej wyjaśnimy czym w zasadzie jest wizja maszynowa.

SPIS TREŚCI

1. Podstawowe informacje o wizji maszynowej
2. Z czego składa się system wizyjny?
3. Zastosowania
4. Systemy 2D
5. Systemy 3D
6. Rozwiązania multispektralne i hiperspektralne
7. Konkluzje

1. Czym są systemy wizyjne

Systemy wizyjne są rozwiązaniami, w których kluczową rolę odgrywa kamera dostarczająca informacji na temat kontrolowanego obiektu. Obiekt ten, a najczęściej produkt, jest oświetlany w sposób pozwalający wydobyć kluczowe sprawdzane aspekty w oku kamery. Specjalista, dobrze znający wpływ takich czynników, jak światłocień, głębia ostrości, czas naświetlania czy kąt oświetlenia, może dzięki użyciu jednej kamery i jednego oświetlacza wydobyć całą gamę cech produktu. W prosty sposób możemy zmierzyć gabaryty obiektu, kąty i jego foremność, jednolitość koloru, jakość powierzchni, obecność lub brak obecności niektórych cech, a także wtrąceń lub ciał obcych. Żadne urządzenie pomiarowe w przemyśle nie jest tak wszechstronne w pomiarach, jak kamera. Wizja maszynowa, podobnie jak ludzki wzrok, zamienia fotony w informację. Systemy wizyjne są w stanie dostarczyć informacje na temat jakości produktu, jego położenia lub struktury, opierając się wyłącznie na fotonach odbitych od przedmiotu.

2. Budowa

System wizyjny składa się z sensorów pozyskujących informacje, urządzenia akwizycji i przetwarzania danych oraz urządzenia analizującego dane. Podstawowym składnikiem systemu wizji maszynowej jest sensor wizyjny, pobierający informacje o obiekcie. W zależności od technologii bada on inne właściwości, charakterystyczny dla siebie sposób. Czujniki koloru analizują parametry odbitej od obiektu wiązki, sensory kontrastu analizują poziom jasności/szarości, a specjalistyczne kamery oceniają obraz pod kątem zbieżności z poprawnym wzorem, czego efektem jest analiza ewentualnych defektów obiektu. W obserwacji zdalnej czujnikiem są sensory laserowe. Mierzą one odległość, analizują bryłę przedmiotu i jego geometrię. Istnieją również sensory fotoelektryczne. Ich działanie polega na reakcji w przypadku zmiany intensywności natężenia światła, w momencie przebywania obiektu na linii nadajnik – odbiornik. Gdy taka sytuacja nastąpi, zmienia się wartość elektryczna. Kolejnymi elementami systemu wizyjnego są oświetlacze z oświetleniem punktowym lub rozproszonym, obiektywy dobrane z uwzględnieniem parametrów pola widzenia, głębi ostrości i rozdzielczości, a także urządzenia akwizycji danych oraz oprogramowanie, które umożliwia ich przetwarzanie. Jeżeli badane obiekty nie emitują światła, częścią systemu są dodatkowo jego źródła, czyli oświetlacze.

3. Rodzaje i możliwości systemów wizyjnych

Wśród systemów wizyjnych wyróżniamy:

Systemy 1 D – odczytują kody QR lub kreskowe, ich zadaniem jest np. kontrola zgodności opakowania z zawartością. Są często wykorzystywane w branży farmaceutycznej.

Systemy 2D – wykrywają błędy w obrębie jednej płaszczyzny. Przy ich wykorzystataniu możliwa jest kontrola cech geometrycznych produkowanego obiektu.

Systemy 3D – służą do trójwymiarowej detekcji, sprawdzą się m.in. podczas kontroli wypełnienia opakowań

lub sortowaniu po cechach geometrycznych.

Systemy multispektralne – dostarczają obrazy w zakresie od pasma widzialnego do dalekiej

podczerwieni. Stosowane m.in. podczas kontroli poprawności odwzorowania barw, w branży poligraficznej.

Systemy hiperspektralne – to systemy umożliwiające detekcje wad, których nie zobaczy ludzkie oko. Są wykorzystywane m.in. w branży spożywczej, do wykrywania pleśni we wczesnej fazie rozwoju.

Przykłady aplikacji wizyjnych:

– sprawdzanie obecności (obecny/ nie obecny) obiektu na taśmie

– zliczanie elementów np. na taśmie produkcyjnej

– kontrola kształtu np. poprawności odlewu czy cięcia

– dokładnie wymiarowanie obiektów

– kontrola poprawności wykonania obiektu

– kontrola złożenia kilku elementów w całość 

– odczyt tekstu OCR (optical character recognition)

– optyczne rozpoznawanie znaków (kody kreskowe i wszelkiego rodzaju napisy)

– trackowanie elementów np. na linii produkcyjnej lub podczas procesu pakowanie

• Systemy 2D

Systemy 2D są to najczęściej stosowane systemy oparte na pojedynczej kamerze wykonującej zdjęcia, które są następnie przetwarzane w komputerze przemysłowym lub w samej kamerze (w odmianie smart). Dzięki swojej prostocie mają wiele zastosowań i wciąż rozwiązują najwięcej kwestii związanych z pomiarami w przemyśle. Systemy 2D są wykorzystywane do sortowania i klasyfikacji cech geometrycznych, analizy krawędziowej i blobów, kontroli poprawności złożenia produktu, pozycjonowania automatyki w aplikacjach typu bin picking/pick&place, kontroli wypełnienia opakowań zbiorczych, identyfikacji znaków graficznych, bar-codów, QR kodów oraz znaków alfanumerycznych. Ze względu na zakres wykorzystania są dzielone na 3 typy: systemy kontrolne, pomiarowe i pozycjonujące.

• Systemy 3D

Systemy 3D w większości przypadków są oparte na zwykłej kamerze (jak w 2D) i połączone ze specjalistycznym systemem oświetleniowym, co umożliwia pozyskanie trójwymiarowej informacji o obserwowanym obiekcie. Zamiast obrazów powstają chmury punktów, które następnie są obrabiane w bardzo wydajnych układach elektronicznych, pozwalając na pomiar jeszcze większej liczby cech niż system 2D. Są wykorzystywane do kontroli powierzchni (np. zabrudzeń, wtrąceń, defektów, rys, dziur), poprawności naniesienia etykiet i znaków, weryfikacji poprawności geometrycznej, optymalizacji cięcia/porcjowania obiektów, kontroli podzespołów i w aplikacjach zrobotyzowanych. Systemy 3D doskonale sprawdzają się w pomiarach złożonych kształtów oraz specyficznych cech obiektu (np. chropowatości).

• Systemy multispektralne i hiperspektralne

Systemy multispektralne i hiperspektralne są to najbardziej wymagającą technicznie odmiana systemów wizyjnych. Zbierają one fotony w taki sam sposób, jak systemy 2D, jednak pozwalają na precyzyjne rozróżnienie długości fali światła. Dzięki temu możliwe staje się dostrzeżenie bardzo subtelnych różnic w kolorze obiektu, co niesie za sobą dodatkowe informacje niedostępne dla innych rodzajów systemów wizyjnych. Doskonale sprawdzają się kontrolując poprawność odwzorowania koloru zadruku, mogą wykrywać pleśń (na wczesnym etapie) w produktach spożywczych. Co ciekawe tego typu systemy mogą potwierdzać autentyczność dzieł sztuki, stanowić wsparcie prac archeologicznych a nawet badać florę oceaniczną i dokonywać detekcji zanieczyszczeń środowiska.  Systemy wielospektralne potrafią „widzieć” w szerokim spektrum (od 600 do 975 nm), co pozwala na dostrzeżenie różnic, których nie zobaczy ludzkie oko.

• Podsumowanie

Z doświadczenia oraz pracy nad rozmaitymi projektami wiemy jak wiele w procesie produkcji mogą zmienić systemy wizyjne. Do największych zalet systemów wizyjnych można niewątpliwie zaliczyć:

– Bezpieczeństwo i dokładność. Pomiary czy proces kontroli jest bezdotykowy – nie ma ryzyka że jakiś przedmiot ulegnie odkształceniu lub pomiar zostanie zaburzony cieplnie.

– Czas pracy, efektywność. System wizyjny pracuje nieprzerwanie, a jego dokładność jest stała. Na pracę człowieka wpływają różne czynniki przez co nie możliwym jest osiągnięcie bardzo powtarzalnych parametrów.

– Higiena. Wszędzie, gdzie zachodzi potrzeba odizolowania czynnika ludzkiego ze względu na aspekty biologiczne, systemy wizyjne sprawdzają się doskonale.

– Szybkość. Zwłaszcza w tzw. smart kamerach. Systemy wizyjne są w stanie analizować linie produkcyjne, przetwarzając informacje z wysoką prędkością.

Systemy wizyjne to złożona dziedzina, a ich wdrażanie wymaga wiedzy, doświadczenia i znajomości rynku. W Scanway zespół doświadczonych inżynierów codziennie pracuje nad poprawą jakości pracy przedsiębiorstw dzięki systemom wizyjnym. Nasze rozwiązania zastosowano m. in. w Polskiej Grupie Energetycznej, New Era Materials, czy Zakładach HCP Cegielski. Powierzając nam zadanie zyskujesz pewność odpowiedzialnego działania, a także kompleksowej analizy i wdrożenia systemu wizyjnego w Twojej firmie. To naturalne, że przedsiębiorcy chcą produkować nie tylko więcej ale i lepiej – w końcu to produkt przemawia za nich na arenie krajowej i międzynarodowej. W Scanway doskonale to rozumiemy i kładziemy spory nacisk na maksymalne dopasowanie systemu do potrzeb przedsiębiorstwa. Dlaczego? Ponieważ to krok do ograniczenia strat i maksymalizowanie efektów optymalizacji już od pierwszego dnia wdrożenia! Skrojony na miarę system pracuje bez przerwy, ze stałą dokładnością i uwagą. Kontroluje jakość, weryfikuje bezpieczeństwo oraz dba o poprawność wykonania produktu, finalnie przynosząc efekt w postaci wieloobszarowego zysku.