Kas ir mašīnredze un kā tā var palīdzēt?

Izpratne par to, kā darbojas mašīnredze, var palīdzēt noteikt, vai mašīnredze atrisina konkrētas lietojuma problēmas ražošanā vai apstrādē.

Cilvēki bieži nesaprot, ko mašīna (datora, mākslīgā) redze var un ko nevar darīt ražošanas līnijai vai procesam. Izpratne par tā darbību var palīdzēt cilvēkiem izlemt, vai tas atrisinās problēmas lietojumprogrammā. Tātad, kas īsti ir datorredze un kā tā patiesībā darbojas?

Mākslīgā redze ir moderna tehnoloģija, kas ietver rīkus fiziskās pasaules attēlu iegūšanai, apstrādei un analīzei, lai radītu informāciju, ko var interpretēt un izmantot mašīna, izmantojot digitālos procesus.

Mākslīgās redzes izmantošana rūpniecībā

Datorredze attiecas uz vienas vai vairāku kameru izmantošanu, lai automātiski pārbaudītu un analizētu objektus, visbiežāk rūpnieciskā vai ražošanas vidē. Iegūtos datus pēc tam var izmantot procesu vai ražošanas darbību kontrolei.

Šī tehnoloģija automatizē plašu uzdevumu klāstu, sniedzot iekārtām nepieciešamo informāciju, lai pieņemtu pareizos lēmumus par katru uzdevumu.

Mākslīgās redzes izmantošana rūpniecībā ļauj automatizēt ražošanas procesus, nodrošinot labākus ražošanas rezultātus, izmantojot kvalitātes kontroli un lielāku elastību katrā posmā.

Šobrīd rūpnieciskās mākslīgās redzes izmantošana ir būtiski uzlabojusi ražošanas procesus. Tas ir ļāvis iegūt augstākas kvalitātes produktus par zemākām izmaksām un gandrīz visās rūpniecības jomās, sākot no autobūves un pārtikas, beidzot ar elektroniku un loģistiku.

Parasti tiek izmantota montāžas līnija, kurā kamera tiek iedarbināta pēc tam, kad tiek veikta darbība ar daļu, kas uzņem un apstrādā attēlu. Kamera var tikt ieprogrammēta, lai pārbaudītu konkrēta objekta atrašanās vietu, krāsu, izmēru vai formu, kā arī objekta klātbūtni.

Mašīnredze var arī meklēt un atšifrēt standarta 2D matricas svītrkodus vai pat lasīt drukātas rakstzīmes. Pēc preces pārbaudes parasti tiek ģenerēts signāls, kas nosaka, ko ar preci darīt tālāk. Detaļu var iemest konteinerā, novirzīt uz atzarojuma konveijera vai nodot citām montāžas darbībām, un pārbaudes rezultāti tiek izsekoti sistēmā.

Jebkurā gadījumā datorredzes sistēmas var sniegt daudz vairāk informācijas par objektu nekā vienkārši pozīcijas sensori.

Datorredze parasti tiek izmantota, piemēram:

• QA,
• robota (mašīnas) vadība,
• testēšana un kalibrēšana,
• reāllaika procesa kontrole,
• datu vākšana,
• mašīnas uzraudzība,
• šķirošana un skaitīšana.

Daudzi ražotāji pārbaudes personāla vietā izmanto automatizētu datorredzi, jo tas ir labāk piemērots atkārtotām pārbaudēm. Tas ir ātrāks, objektīvāks un darbojas visu diennakti.

Datorredzes sistēmas var pārbaudīt simtiem vai tūkstošiem detaļu minūtē un nodrošināt konsekventākus un uzticamākus pārbaužu rezultātus nekā cilvēkiem.Samazinot defektus, palielinot ieņēmumus, veicinot atbilstību un izsekojot daļas ar datorredzi, ražotāji var ietaupīt naudu un palielināt savu rentabilitāti.

Kā darbojas mašīnredze

Diskrēts fotoelements ir viens no vienkāršākajiem sensoriem rūpnieciskās automatizācijas jomā. Iemesls, kāpēc mēs to saucam par "diskrētu" vai digitālu, ir tāpēc, ka tam ir tikai divi stāvokļi: ieslēgts vai izslēgts.

Diskrētā fotoelementa (optiskā sensora) darbības princips ir pārraidīt gaismas staru un noteikt, vai gaismu atstaro kāds objekts. Ja objekta nav, gaisma neatspoguļojas fotoelementu uztvērējā. Uztvērējam ir pievienots elektriskais signāls, parasti 24 V.

Ja objekts atrodas, signāls tiek ieslēgts un to var izmantot vadības sistēmā, lai veiktu darbību. Kad objekts tiek izdzēsts, signāls atkal tiek izslēgts.

Šāds sensors var būt arī analogs. Divu stāvokļu vietā, t.i. izslēgts un ieslēgts, tas var atgriezt vērtību, kas norāda, cik daudz gaismas atgriežas tā uztvērējā. Tas var atgriezt 256 vērtības, sākot no 0 (tas nozīmē, ka nav gaismas) līdz 255 (nozīmē daudz gaismas).

Iedomājieties tūkstošiem sīku analogo fotoelementu, kas izvietoti kvadrātveida vai taisnstūrveida masīvā, kas vērsta pret objektu.Tādējādi tiks izveidots melnbalts objekta attēls, pamatojoties uz sensora norādītās vietas atstarošanas spējām. Atsevišķos skenēšanas punktus šajos attēlos sauc par "pikseļiem".

Protams, attēla izveidošanai netiek izmantoti tūkstošiem mazu fotoelektrisku sensoru. Tā vietā objektīvs fokusē attēlu uz gaismas detektoru pusvadītāju masīvu.

Šajā matricā tiek izmantoti gaismas jutīgu pusvadītāju ierīču bloki, piemēram, CCD (Charge Coupled Device) vai CMOS (komplementārais metāla oksīda pusvadītājs). Atsevišķi sensori šajā matricā ir pikseļi.

Datorredzes sistēmas četras galvenās sastāvdaļas

Četras galvenās datorredzes sistēmas sastāvdaļas ir:

• lēcas un apgaismojums;
• attēla sensors vai kamera;
• procesors;
• veids, kā pārsūtīt rezultātus, izmantojot fizisku ievades/izvades (I/O) savienojumu vai citu saziņas metodi.

Datorredze var izmantot krāsu pikseļu skenēšanu un bieži izmanto daudz lielāku pikseļu masīvu. Uzņemtajiem attēliem tiek izmantoti programmatūras rīki, lai noteiktu izmēru, malu novietojumu, kustību un elementu relatīvo novietojumu vienam pret otru.

Lēcas uztver attēlu un pārraida to uz sensoru gaismas veidā. Lai optimizētu datora redzes sistēmu, kamera ir jāsavieno pārī ar atbilstošiem objektīviem.

Lai gan ir daudz lēcu veidu, fiksēta fokusa attāluma lēcas parasti izmanto datorredzes lietojumprogrammās. Izvēloties ir svarīgi trīs faktori: redzes lauks, darba attālums, kameras sensora izmērs.

Apgaismojumu attēlam var pielietot dažādos veidos. Gaismas virziens, tās spilgtums un krāsa vai viļņa garums salīdzinājumā ar mērķa krāsu ir ļoti svarīgi faktori, kas jāņem vērā, veidojot datora redzes vidi.

Lai gan apgaismojums ir svarīga laba attēla iegūšanas sastāvdaļa, ir divi citi faktori, kas ietekmē attēla uztverto gaismas daudzumu. Objektīvā ir iestatījums, ko sauc par diafragmu, kas atveras vai aizveras, lai objektīvā iekļūtu vairāk vai mazāk gaismas.

Apvienojumā ar ekspozīcijas laiku tas nosaka gaismas daudzumu, kas nonāk pikseļu masīvā, pirms tiek izmantots apgaismojums. Aizvara ātrums vai ekspozīcijas laiks nosaka, cik ilgi attēls tiek projicēts uz pikseļu matricas.

Datorredzē aizvaru kontrolē elektroniski, parasti ar milisekundes precizitāti. Pēc attēla uzņemšanas tiek lietoti programmatūras rīki. Daži tiek izmantoti pirms analīzes (pirmsapstrādes), citi tiek izmantoti, lai noteiktu pētāmā objekta īpašības.

Priekšapstrādes laikā attēlam var lietot efektus, lai padarītu asākas malas, palielinātu kontrastu vai aizpildītu atstarpes. Šo uzdevumu mērķis ir uzlabot citu programmatūras rīku iespējas.

Mākslīgā redze ir tehnoloģija, kas imitē cilvēka redzi un ļauj saņemt, apstrādāt un interpretēt ražošanas procesos iegūtos attēlus.Mākslīgās redzes iekārtas analizē un atšifrē informāciju, kas saņemta ražošanas procesos, lai pieņemtu lēmumus un darbotos visērtākajā veidā, izmantojot automatizētu procesu. Šo attēlu apstrāde tiek veikta, izmantojot ar iekārtu saistīto programmatūru, un, pamatojoties uz iegūtajiem datiem, ir iespējams turpināt procesus un identificēt iespējamās kļūdas montāžas līnijās.

Datorredzes mērķis

Šeit ir daži izplatīti rīki, ko varat izmantot, lai iegūtu informāciju par savu mērķi.

• Pikseļu skaits: parāda gaišo vai tumšo pikseļu skaitu objektā.
• Malu noteikšana: atrodiet objekta malu.
• Mērīšana (metroloģija): objekta izmēru mērīšana (piemēram, milimetros).
• Rakstu atpazīšana vai modeļu saskaņošana: meklējiet, saskaņojiet vai saskaitiet noteiktus modeļus. Tas var ietvert objekta noteikšanu, ko var pagriezt, daļēji paslēpt cits objekts vai kuram ir citi objekti.
• Optiskā rakstzīmju atpazīšana (OCR): automātiska tekstu, piemēram, sērijas numuru, lasīšana.
• Svītrkoda, datu matricas un 2D svītrkoda lasīšana: apkopojiet datus, kas ietverti dažādos svītrkodu standartos.
• Punktu noteikšana: pārbauda, ​​vai attēlā nav savstarpēji savienotu pikseļu plankumu (piemēram, melnu caurumu pelēkā objektā) kā attēla atskaites punktu.
• Krāsu analīze: identificējiet detaļas, izstrādājumus un objektus pēc krāsas, novērtējiet kvalitāti un izceliet elementus pēc krāsas.

Pārbaudes datu iegūšanas mērķis bieži ir izmantot tos, lai salīdzinātu ar mērķa vērtībām, lai noteiktu, vai ir izturēts/nepārbaudīts vai turpināts/neturpināts.

Piemēram, skenējot kodu vai svītrkodu, iegūtā vērtība tiek salīdzināta ar saglabāto mērķa vērtību. Mērīšanas gadījumā izmērītā vērtība tiek salīdzināta ar pareizajām vērtībām un pielaidēm.

Pārbaudot burtciparu kodu, OCR teksta vērtība tiek salīdzināta ar pareizo vai mērķa vērtību. Lai pārbaudītu virsmas defektus, defekta izmēru var salīdzināt ar maksimālo izmēru, ko pieļauj kvalitātes standarti.

Kvalitātes kontrole

Mašīnredzei rūpniecībā ir milzīgs potenciāls. Šīs mākslīgās redzes sistēmas ir izmantotas robotikā, ļauj mums piedāvāt automātisku risinājumu dažādiem ražošanas posmiem, piemēram, kvalitātes kontrolei vai bojātu produktu atklāšanai.

Kvalitātes kontrole ir metožu un rīku kopums, kas ļaus identificēt kļūdas ražošanas procesā, kā arī veikt atbilstošus pasākumus to novēršanai. Tas nodrošina daudz pilnīgāku kontroli pār galaproduktu, nodrošinot, ka, nonākot pie patērētāja, tas atbildīs īpašiem un noteiktiem kvalitātes standartiem.

Tādā veidā produkti, kas neatbilst minimālajām kvalitātes prasībām, tiek izslēgti no procesa, tādējādi novēršot iespējamos ražošanas procesa traucējumus, kas tiek panākts, nepārtraukti veicot pārbaudes un izlases veida pārbaudes.

Kvalitātes kontroles izmantošanai ražošanā ir vairākas priekšrocības:

• Palielināt produktivitāti;
• Samazināti materiālie zaudējumi;
• Cenu kritums;
• Labākā gala produkta kvalitāte.

Komunikācija datorredzēšanā

Kad procesors un programmatūra to saņem, šo informāciju var pārsūtīt uz vadības sistēmu, izmantojot dažādus nozares standarta sakaru protokolus.

Galvenās datorredzes sistēmas bieži atbalsta EtherNet/IP, Profinet un Modbus TCP. RS232 un RS485 seriālie protokoli ir arī izplatīti.

Digitālā ievade/izvade bieži ir iebūvēta iedarbināšanas sistēmās, kas vienkāršo rezultātu ziņošanu. Ir pieejami arī datorredzes komunikācijas standarti.

Secinājums

Mākslīgās redzes sistēmām ir plašs pielietojuma klāsts, un tās var pielāgot dažādām nozarēm un katras ražošanas līnijas dažādajām vajadzībām. Mūsdienās jebkurš uzņēmums, kas ražo produktus atbilstoši noteiktam standartam, savā ražošanas procesā var izmantot datorredzes priekšrocības.

Izpratne par mākslīgās redzes sistēmu fiziskajiem principiem un iespējām var būt noderīga, lai noteiktu, vai šāda tehnoloģija ir piemērota ražošanas procesam konkrētā gadījumā. Kopumā visu, ko var redzēt cilvēka acs, kamera var redzēt (dažreiz vairāk, dažreiz mazāk), taču šīs informācijas atkodēšana un pārsūtīšana var būt diezgan sarežģīta.