Hvad er maskinsyn, og hvordan kan det hjælpe?

At forstå, hvordan maskinsyn fungerer, kan hjælpe dig med at afgøre, om maskinsyn løser specifikke applikationsproblemer i fremstilling eller forarbejdning.

Folk forstår ofte ikke, hvad maskine (computer, kunstigt) syn kan og ikke kan gøre for en produktionslinje eller proces. At forstå, hvordan det virker, kan hjælpe folk med at beslutte, om det vil løse problemer i en applikation. Så hvad er computervision egentlig, og hvordan fungerer det egentlig?

Kunstigt syn er en moderne teknologi, der omfatter værktøjer til at erhverve, bearbejde og analysere billeder af den fysiske verden for at skabe information, der kan fortolkes og bruges af en maskine ved hjælp af digitale processer.

Brugen af ​​kunstigt syn i industrien

Computersyn refererer til brugen af ​​et eller flere kameraer til automatisk at inspicere og analysere objekter, oftest i et industrielt eller produktionsmiljø. De resulterende data kan derefter bruges til at kontrollere processer eller produktionsaktiviteter.

Denne teknologi automatiserer en lang række opgaver ved at give maskiner den information, de har brug for, for at træffe de rigtige beslutninger for hver opgave.

Brugen af ​​kunstigt syn i industrien muliggør automatisering af produktionsprocesser, hvilket fører til bedre produktionsresultater gennem brug af kvalitetskontrol og større fleksibilitet på hvert trin.

I øjeblikket har brugen af ​​industrielt kunstigt syn forbedret produktionsprocesserne betydeligt. Dette har gjort det muligt at opnå produkter af højere kvalitet til lavere omkostninger og på næsten alle områder af industrien, fra bilindustrien og fødevarer, til elektronik og logistik.

En typisk anvendelse vil være et samlebånd, hvor kameraet udløses efter en operation er udført på en del, der tager og behandler et billede. Kameraet kan programmeres til at kontrollere positionen af ​​et bestemt objekt, dets farve, størrelse eller form og tilstedeværelsen af ​​objektet.

Machine vision kan også søge og afkode standard 2D matrixstregkoder eller endda læse udskrevne tegn. Efter kontrol af produktet genereres normalt et signal, der bestemmer, hvad der skal ske med produktet næste gang. Delen kan tabes i en container, føres til en grentransportør eller videregives til andre montageoperationer, og inspektionsresultater spores i systemet.

Under alle omstændigheder kan computervisionssystemer give meget mere information om et objekt end simple positionssensorer.

Computer vision er almindeligt brugt, for eksempel til:

• QA,
• kontrol af en robot (maskine),
• test og kalibrering,
• processtyring i realtid,
• dataindsamling,
• maskinovervågning,
• sortering og optælling.

Mange producenter bruger automatiseret computersyn i stedet for inspektionspersonale, fordi det er bedre egnet til gentagne inspektioner. Det er hurtigere, mere objektivt og virker døgnet rundt.

Computer vision-systemer kan inspicere hundredvis eller tusindvis af dele i minuttet og give mere konsistente og pålidelige inspektionsresultater end mennesker. Ved at reducere defekter, øge omsætningen, lette overholdelse og spore dele med computer vision, kan producenter spare penge og øge deres rentabilitet.

Hvordan maskinsyn fungerer

En diskret fotocelle er en af ​​de enkleste sensorer inden for industriel automation. Grunden til at vi kalder det "diskret" eller digitalt, er fordi det kun har to tilstande: tændt eller slukket.

Funktionsprincippet for en diskret fotocelle (optisk sensor) er at transmittere en lysstråle og bestemme, om lyset reflekteres af et objekt. Hvis der ikke er nogen genstand, reflekteres lyset ikke ind i fotocellemodtageren. Et elektrisk signal, normalt 24 V, er forbundet til modtageren.

Hvis objektet er til stede, tændes signalet og kan bruges i styresystemet til at udføre en handling. Når objektet slettes, slukkes signalet igen.

En sådan sensor kan også være analog. I stedet for to stater, dvs. slukket og tændt, kan den returnere en værdi, der angiver, hvor meget lys der vender tilbage til modtageren. Det kan returnere 256 værdier, fra 0 (betyder intet lys) til 255 (betyder masser af lys).

Forestil dig tusindvis af bittesmå analoge fotoceller arrangeret i et kvadratisk eller rektangulært array rettet mod et objekt.Dette vil skabe et sort-hvidt billede af objektet baseret på reflektiviteten af ​​det sted, sensoren peger på. De enkelte scanningspunkter i disse billeder kaldes "pixels".

Selvfølgelig bruges tusindvis af bittesmå fotoelektriske sensorer ikke til at skabe billedet. I stedet fokuserer linsen billedet på et halvlederarray af lysdetektorer.

Denne matrix bruger arrays af lysfølsomme halvlederenheder såsom CCD (Charge Coupled Device) eller CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). De individuelle sensorer i denne matrix er pixels.

De fire hovedkomponenter i et computervisionssystem

De fire hovedkomponenter i et computervisionssystem er:

• linser og belysning;
• billedsensor eller kamera;
• processor;
• en måde at overføre resultater på, uanset om det er via en fysisk input/output (I/O) forbindelse eller en anden kommunikationsmetode.

Computervision kan bruge farvepixelscanning og bruger ofte et meget større udvalg af pixels. Softwareværktøjer anvendes på optagne billeder for at bestemme størrelsen, kantplacering, bevægelse og relative placering af elementer i forhold til hinanden.

Linserne fanger billedet og sender det til sensoren i form af lys. For at optimere computersynssystemet skal kameraet parres med passende linser.

Selvom der er mange typer linser, bruges linser med fast brændvidde almindeligvis i computervisionsapplikationer. Tre faktorer er vigtige, når du vælger: synsfelt, arbejdsafstand, kamerasensorstørrelse.

Belysning kan anvendes på et billede på en række forskellige måder. Retningen lyset kommer fra, dets lysstyrke og dets farve eller bølgelængde sammenlignet med farven på målet er meget vigtige faktorer at overveje, når man designer et computersynsmiljø.

Selvom belysning er en vigtig del af at få et godt billede, er der to andre faktorer, der påvirker, hvor meget lys et billede modtager. Objektivet indeholder en indstilling kaldet blænde, som åbner eller lukker for at tillade mere eller mindre lys at komme ind i objektivet.

Kombineret med eksponeringstiden bestemmer dette mængden af ​​lys, der rammer pixel-arrayet, før der nogensinde bliver anvendt belysning. Lukkerhastigheden eller eksponeringstiden bestemmer, hvor længe billedet projiceres på matrixen af ​​pixels.

I computersyn styres lukkeren elektronisk, normalt med millisekunds nøjagtighed. Når billedet er taget, anvendes softwareværktøjerne. Nogle bruges før analyse (forbehandling), andre bruges til at bestemme egenskaberne for det objekt, der undersøges.

Under forbehandlingen kan du anvende effekter på et billede for at gøre kanter skarpere, øge kontrasten eller udfylde huller. Formålet med disse opgaver er at forbedre mulighederne for andre softwareværktøjer.

Kunstigt syn er en teknologi, der efterligner menneskesyn og giver dig mulighed for at modtage, bearbejde og fortolke billeder opnået under produktionsprocesser.Maskiner til kunstigt syn analyserer og afkoder information modtaget under produktionsprocesser for at træffe beslutninger og handle på den mest bekvemme måde gennem en automatiseret proces. Behandlingen af ​​disse billeder udføres ved hjælp af den software, der er tilknyttet maskinen, og ud fra de indhentede data er det muligt at fortsætte processerne og identificere mulige fejl på samlebåndene.

Målet med computersyn

Her er nogle almindelige værktøjer, du kan bruge til at få oplysninger om dit mål:

• Pixelantal: Viser antallet af lyse eller mørke pixels i objektet.
• Kantregistrering: Find kanten af ​​et objekt.
• Måling (metrologi): måling af et objekts dimensioner (f.eks. i millimeter).
• Mønstergenkendelse eller mønstermatchning: Søg, match eller tæl specifikke mønstre. Dette kan omfatte detektering af et objekt, der kan roteres, delvist skjules af et andet objekt eller have andre objekter.
• Optical Character Recognition (OCR): Automatisk læsning af tekster såsom serienumre.
• Stregkode, datamatrix og 2D stregkodelæsning: Indsaml data indeholdt i forskellige stregkodestandarder.
• Spotdetektion: Kontrollerer billedet for pletter af indbyrdes forbundne pixels (såsom et sort hul i et gråt objekt) som referencepunkt for billedet.
• Farveanalyse: Identificer dele, produkter og objekter efter farve, evaluer kvalitet og fremhæv elementer efter farve.

Formålet med at indhente inspektionsdata er ofte at bruge dem til at sammenligne med målværdier for at bestemme bestået/ikke bestået eller fortsætte/ikke fortsætte.

Når f.eks. en kode eller stregkode scannes, sammenlignes den resulterende værdi med den gemte målværdi. I tilfælde af måling sammenlignes den målte værdi med de korrekte værdier og tolerancer.

Når du kontrollerer en alfanumerisk kode, sammenlignes OCR-tekstværdien med den korrekte værdi eller målværdi. For at kontrollere for overfladefejl kan størrelsen af ​​defekten sammenlignes med den maksimale størrelse, der tillades af kvalitetsstandarderne.

Kvalitetskontrol

Maskinsyn har et stort potentiale i industrien. Disse kunstige synssystemer er blevet brugt i robotteknologi, giver os mulighed for at tilbyde en automatisk løsning til forskellige produktionsstadier, såsom kvalitetskontrol eller påvisning af defekte produkter.

Kvalitetskontrol er et sæt metoder og værktøjer, der giver os mulighed for at identificere fejl i produktionsprocessen, samt træffe passende foranstaltninger for at eliminere dem. Dette giver meget mere fuldstændig kontrol over det endelige produkt, hvilket sikrer, at når det når forbrugeren, vil det opfylde specifikke og etablerede kvalitetsstandarder.

På den måde udelukkes produkter, der ikke opfylder minimumskvalitetskravene, fra processen, og derved elimineres mulige forstyrrelser i produktionsprocessen, hvilket opnås ved løbende at gennemføre inspektioner og stikprøver.

Brugen af ​​kvalitetskontrol i produktionen har en række fordele:

• Øge produktiviteten;
• Reducerede materielle tab;
• Prisfald;
• Den bedste kvalitet af det endelige produkt.

Kommunikation i computersyn

Når den først er modtaget af processoren og softwaren, kan denne information overføres til kontrolsystemet via en række forskellige industristandardkommunikationsprotokoller.

Større computervisionssystemer understøtter ofte EtherNet/IP, Profinet og Modbus TCP. RS232 og RS485 serielle protokoller er også almindelige.

Digital I/O er ofte indbygget i aktiveringssystemer og forenkler rapporteringen af ​​resultater. Computer vision kommunikationsstandarder er også tilgængelige.

Konklusion

Kunstige synssystemer har en bred vifte af anvendelser og kan tilpasses forskellige industrier og de forskellige behov i hver produktionslinje. I dag kan enhver virksomhed, der fremstiller produkter til en bestemt standard, drage fordel af computersyn som en del af deres fremstillingsproces.

Forståelse af de fysiske principper og muligheder for kunstige synssystemer kan være nyttig til at afgøre, om en sådan teknologi er egnet til en fremstillingsproces i et bestemt tilfælde. Generelt, hvad end det menneskelige øje kan se, kan kameraet se (nogle gange mere, nogle gange mindre), men afkodning og transmission af denne information kan være ret kompleks.