Mi az a gépi látás, és hogyan segíthet?

A gépi látás működésének megértése segíthet eldönteni, hogy a gépi látás megoldja-e a gyártás vagy a feldolgozás konkrét alkalmazási problémáit.

Az emberek gyakran nem értik, hogy a gépi (számítógépes, mesterséges) látás mit tud és mit nem egy gyártósor vagy folyamat esetében. A működésének megértése segíthet az embereknek eldönteni, hogy megoldja-e a problémákat egy alkalmazásban. Tehát mi is pontosan a számítógépes látás, és hogyan működik valójában?

A mesterséges látás olyan modern technológia, amely a fizikai világ képeinek megszerzésére, feldolgozására és elemzésére szolgáló eszközöket foglal magában, hogy olyan információkat hozzanak létre, amelyeket digitális folyamatok segítségével a gép értelmezhet és felhasználhat.

A mesterséges látás alkalmazása az iparban

A számítógépes látás egy vagy több kamera használatát jelenti az objektumok automatikus ellenőrzésére és elemzésére, leggyakrabban ipari vagy gyártási környezetben. A kapott adatok ezután felhasználhatók folyamatok vagy termelési tevékenységek irányítására.

Ez a technológia a feladatok széles körét automatizálja azáltal, hogy megadja a gépeknek azokat az információkat, amelyekre szükségük van a megfelelő döntések meghozatalához az egyes feladatokhoz.

A mesterséges látás alkalmazása az iparban lehetővé teszi a gyártási folyamatok automatizálását, ami jobb termelési eredményekhez vezet a minőség-ellenőrzés és a nagyobb rugalmasság minden szakaszában.

Jelenleg az ipari mesterséges látás alkalmazása jelentősen javította a gyártási folyamatokat. Ez lehetővé tette az ipar szinte minden területén, az autóipartól az élelmiszeripartól az elektronikáig és a logisztikáig, alacsonyabb költségek mellett jobb minőségű termékek beszerzését.

Tipikus felhasználási terület egy összeszerelősor, ahol a kamera működésbe lép, miután egy műveletet végrehajtanak egy képet készítő és feldolgozó alkatrészen. A kamera programozható úgy, hogy ellenőrizze egy adott tárgy helyzetét, színét, méretét vagy alakját, valamint az objektum jelenlétét.

A gépi látás szabványos 2D mátrix vonalkódokat is kereshet és dekódolhat, vagy akár nyomtatott karaktereket is olvashat. A termék ellenőrzése után általában egy jel generálódik, amely meghatározza, hogy mi legyen a következő lépés a termékkel. Az alkatrész konténerbe ejthető, leágazó szállítószalagra vezethető, vagy más összeszerelési műveletekhez továbbítható, és a vizsgálati eredmények nyomon követhetők a rendszerben.

Mindenesetre a számítógépes látórendszerek sokkal több információt tudnak szolgáltatni egy tárgyról, mint egyszerű helyzetérzékelők.

A számítógépes látást gyakran használják például:

• minőségbiztosítás,
• robot (gép) irányítása,
• tesztelés és kalibrálás,
• valós idejű folyamatvezérlés,
• adatgyűjtés,
• gépfelügyelet,
• válogatás és számolás.

Sok gyártó automatizált számítógépes látásmódot használ az ellenőrző személyzet helyett, mert az alkalmasabb az ismétlődő ellenőrzésekre. Gyorsabb, objektívebb és éjjel-nappal működik.

A számítógépes látórendszerek percenként több száz vagy több ezer alkatrészt képesek megvizsgálni, és konzisztensebb és megbízhatóbb vizsgálati eredményeket nyújtanak, mint az emberek.A hibák csökkentésével, a bevétel növelésével, a megfelelőség megkönnyítésével és az alkatrészek számítógépes látásmóddal történő követésével a gyártók pénzt takaríthatnak meg és növelhetik jövedelmezőségüket.

Hogyan működik a gépi látás

A diszkrét fotocella az egyik legegyszerűbb érzékelő az ipari automatizálás területén. Azért nevezzük „diszkrétnek” vagy digitálisnak, mert csak két állapota van: be vagy kikapcsolva.

A diszkrét fotocella (optikai érzékelő) működési elve egy fénysugár továbbítása és annak meghatározása, hogy a fény visszaverődik-e egy tárgyról. Ha nincs tárgy, a fény nem verődik vissza a fotocella-vevőbe. A vevőhöz elektromos jel, általában 24 V csatlakozik.

Ha az objektum jelen van, a jel be van kapcsolva, és a vezérlőrendszerben használható művelet végrehajtására. Az objektum törlésekor a jel ismét kikapcsol.

Egy ilyen érzékelő analóg is lehet. Két állapot helyett, i.e. ki és be, visszaadhat egy értéket, amely jelzi, hogy mennyi fény érkezik vissza a vevőjébe. 256 értéket tud visszaadni, 0-tól (ami azt jelenti, hogy nincs fény) 255-ig (ami sok fényt jelent).

Képzeljen el apró analóg fotocellák ezreit, amelyek négyzet vagy téglalap alakú tömbben vannak elrendezve, és amelyek egy tárgyra irányulnak.Ez fekete-fehér képet hoz létre az objektumról annak a helynek a fényvisszaverő képessége alapján, amelyre az érzékelő mutat. Ezeken a képeken az egyes szkennelési pontokat "pixeleknek" nevezik.

Természetesen nem több ezer apró fotoelektromos érzékelőt használnak a kép létrehozásához. Ehelyett az objektív a képet a fényérzékelők félvezető tömbjére fókuszálja.

Ez a mátrix fényérzékeny félvezető eszközök tömbjeit használja, mint például a CCD (Charge Coupled Device) vagy a CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Ebben a mátrixban az egyes érzékelők pixelek.

A számítógépes látórendszer négy fő összetevője

A számítógépes látásrendszer négy fő összetevője:

• lencsék és világítás;
• képérzékelő vagy kamera;
• processzor;
• az eredmények átvitelének módja, akár fizikai bemeneti/kimeneti (I/O) kapcsolaton vagy más kommunikációs módszeren keresztül.

A számítógépes látás színes pixelszkennelést használhat, és gyakran sokkal nagyobb pixeltömböt használ. A rögzített képekre szoftvereszközöket alkalmaznak az elemek méretének, élhelyzetének, mozgásának és egymáshoz viszonyított relatív helyzetének meghatározására.

A lencsék rögzítik a képet, és fény formájában továbbítják az érzékelőhöz. A számítógépes látásrendszer optimalizálásához a kamerát megfelelő objektívekkel kell párosítani.

Bár sokféle lencse létezik, a fix gyújtótávolságú lencséket általában a számítógépes látási alkalmazásokban használják. A választásnál három tényező fontos: látómező, munkatávolság, kamera érzékelő mérete.

A világítás többféleképpen alkalmazható a képre. A fény iránya, fényereje, színe vagy hullámhossza a cél színéhez képest nagyon fontos tényezők, amelyeket figyelembe kell venni a számítógépes látási környezet kialakításakor.

Míg a világítás fontos része a jó kép elkészítésének, két másik tényező is befolyásolja, hogy egy kép mennyi fényt kap. Az objektív tartalmaz egy rekesznyílásnak nevezett beállítást, amely kinyílik vagy záródik, hogy több vagy kevesebb fény jusson be az objektívbe.

Az expozíciós idővel együtt ez határozza meg a pixeltömböt érő fény mennyiségét, mielőtt bármilyen megvilágítást alkalmaznának. A zársebesség vagy az expozíciós idő határozza meg, hogy a kép mennyi ideig kerül kivetítésre a pixelmátrixra.

Számítógépes látásnál a redőny vezérlése elektronikusan történik, általában ezredmásodperces pontossággal. A kép rögzítése után a szoftvereszközök kerülnek alkalmazásra. Néhányat az elemzés (előfeldolgozás) előtt, másokat a vizsgált objektum tulajdonságainak meghatározására használnak.

Az előfeldolgozás során effektusokat alkalmazhat a képen az élek élesítésére, a kontraszt növelésére vagy a hiányosságok kitöltésére. E feladatok célja más szoftvereszközök képességeinek fejlesztése.

A mesterséges látás egy olyan technológia, amely utánozza az emberi látást, és lehetővé teszi a gyártási folyamatok során kapott képek fogadását, feldolgozását és értelmezését.A mesterséges látógépek elemzik és dekódolják a gyártási folyamatok során kapott információkat, hogy döntéseket hozzanak, és a legkényelmesebb módon működjenek egy automatizált folyamaton keresztül. Ezeknek a képeknek a feldolgozása a géphez tartozó szoftver segítségével történik, és a kapott adatok alapján lehetőség nyílik a folyamatok folytatására, az esetleges hibák azonosítására a szerelősorokon.

A számítógépes látás célja

Íme néhány gyakori eszköz, amellyel információkat szerezhet a célpontjáról:

• Pixel Count: Megmutatja az objektum világos vagy sötét képpontjainak számát.
• Élérzékelés: Keresse meg az objektum szélét.
• Mérés (metrológia): tárgy méreteinek mérése (pl. milliméterben).
• Mintafelismerés vagy mintaillesztés: Adott minták keresése, egyeztetése vagy számlálása. Ez magában foglalhatja egy elforgatható, egy másik objektum által részben elrejthető vagy más objektumokkal rendelkező objektum észlelését.
• Optikai karakterfelismerés (OCR): szövegek, például sorozatszámok automatikus olvasása.
• Vonalkód, adatmátrix és 2D vonalkód olvasás: Gyűjtse össze a különböző vonalkódolási szabványokban foglalt adatokat.
• Foltfelismerés: Ellenőrzi, hogy a képen vannak-e egymással összekapcsolt képpontok foltjai (például fekete lyuk egy szürke tárgyon), mint a kép referenciapontja.
• Színelemzés: azonosítsa az alkatrészeket, termékeket és tárgyakat szín szerint, értékelje a minőséget, és színnel emelje ki az elemeket.

Az ellenőrzési adatok megszerzésének célja gyakran az, hogy ezeket a célértékekkel való összehasonlításra használják fel, hogy meghatározzák a sikeres/nem, illetve a folytatás/nem folytatják.

Például egy kód vagy vonalkód beolvasásakor a kapott értéket a rendszer összehasonlítja a tárolt célértékkel. Mérés esetén a mért értéket összehasonlítják a helyes értékekkel és tűrésekkel.

Alfanumerikus kód ellenőrzésekor az OCR szövegértéke összehasonlításra kerül a helyes vagy célértékkel. A felületi hibák ellenőrzéséhez a hiba mérete összehasonlítható a minőségi szabványok által megengedett maximális mérettel.

Minőség ellenőrzés

A gépi látás hatalmas potenciállal rendelkezik az iparban. Ezeket a mesterséges látórendszereket alkalmazták a robotikában, lehetővé teszi számunkra, hogy automatikus megoldást kínáljunk a gyártás különböző szakaszaira, mint például a minőségellenőrzés vagy a hibás termékek észlelése.

A minőség-ellenőrzés olyan módszerek és eszközök összessége, amelyek lehetővé teszik számunkra a gyártási folyamat hibáinak azonosítását, valamint a megfelelő intézkedések megtételét azok kiküszöbölésére. Ez sokkal teljesebb ellenőrzést biztosít a végtermék felett, biztosítva, hogy amikor a fogyasztóhoz kerül, az megfeleljen a meghatározott és megállapított minőségi előírásoknak.

Ezáltal a minimális minőségi követelményeknek nem megfelelő termékek kikerülnek a folyamatból, kiküszöbölve ezzel a gyártási folyamat esetleges fennakadásait, ezt folyamatos ellenőrzésekkel és szúrópróbaszerű tesztekkel érik el.

A minőség-ellenőrzés alkalmazása a gyártásban számos előnnyel jár:

• Növelje a termelékenységet;
• Csökkentett anyagi veszteségek;
• Árcsökkenés;
• A végtermék legjobb minősége.

Kommunikáció a számítógépes látásban

Miután a processzor és a szoftver megkapta, ezeket az információkat számos ipari szabványos kommunikációs protokollon keresztül továbbíthatja a vezérlőrendszernek.

A főbb számítógépes látásrendszerek gyakran támogatják az EtherNet/IP-t, a Profinet-et és a Modbus TCP-t. Az RS232 és RS485 soros protokollok is gyakoriak.

A digitális I/O-t gyakran beépítik a működtetőrendszerekbe, és leegyszerűsítik az eredmények jelentését. Számítógépes vizuális kommunikációs szabványok is rendelkezésre állnak.

Következtetés

A mesterséges látórendszerek sokféle alkalmazási területtel rendelkeznek, és a különböző iparágakhoz és az egyes gyártósorok eltérő igényeihez igazíthatók. Ma minden olyan vállalat, amely bizonyos szabványok szerint gyárt termékeket, gyártási folyamata részeként kihasználhatja a számítógépes látást.

A mesterséges látórendszerek fizikai alapelveinek és képességeinek megértése segíthet annak eldöntésében, hogy egy adott esetben az ilyen technológia alkalmas-e egy gyártási folyamatra. Általában bármit is lát az emberi szem, azt a kamera is látja (néha többet, néha kevesebbet), de ennek az információnak a dekódolása és továbbítása meglehetősen bonyolult lehet.