Strojové vidění na cestě do průmyslové praxe

Strojové vidění na cestě do průmyslové praxe

Po klesajícím zájmu o své výrobky v předchozích dvou letech zaznamenali mnozí výrobci prostředků pro strojové vidění v roce 2003 konečně obrat k lepšímu. Organizace pro průzkum trhu IMS Research (http://www.imsresearch.com) ve své poslední studii situace na trhu v této oblasti v Evropě předpovídá nárůst objemu trhu v roce 2003 o 8,8 %, následující po poklesu o 7,4 % v roce 2002. Dlouhodobý výhled je ještě mnohem optimističtější: očekává průměrné roční tempo růstu v letech 2004 až 2006 téměř 20 %. Snaha výrobců prosadit strojové vidění do praxe i zájem uživatelů trhu jsou patrné i z dění na významném veletrhu elektrické a elektronické řídicí techniky SPS/IPC/Drives, pravidelně konaném v Norimberku vždy v listopadu. Zde počet vystavovatelů této techniky trvale ročně roste od roku 1999 o desítky procent a obor strojového vidění byl v obou posledních ročnících dokonce vybrán jako tzv. zvýrazněné téma veletrhu [1].

Vcelku lze konstatovat, že v několika posledních letech byl obor strojového vidění výrazně negativně poznamenán celkovým útlumem světové ekonomiky a následným poklesem investičních výdajů. Jeho většímu rozšíření navíc brání i nezasloužená pověst nákladné, na obsluhu náročné a nespolehlivé techniky, kterou stále ještě má u mnoha odborníků. Přestože se dodavatelé všemožně snaží o osvětu, mnoho potenciálních uživatelů pro sebe přínosy strojového vidění ještě neobjevilo. K nepřehlednosti situace dále přispívají stálý rychlý vývoj dalších nových produktů a neustálé proměny firem a jejich vlastníků. Celkový pohled na situaci na evropském trhu s prostředky strojového vidění nabízí na základě již zmíněné studie IMS Research článek [2], globální pohled příspěvek [3]. Zejména z nich čerpá následující informace.

Od nadnesených představ k realitě

Strojové vidění se stále ještě zcela nezbavilo špatné pověsti, kterou získalo v 80. letech dvacátého století v důsledku raných pokusů o jeho použití jako nástroje k automatizaci v průmyslu. Systémy strojového vidění byly v minulosti nákladné a současně uživateli vnímány jako složité ohledně programování, instalace i údržby. Mnozí z uživatelů s rozčarováním zjistili, že technika není schopna plnit to, co bylo požadováno a dodavatelem slíbeno – řešení se ukázala být příliš nepřesná, nespolehlivá, nepružná a pomalá. Vedle vlastností samotné techniky přispěly k celkovému zklamání i nepodložené sliby dodavatelů a jimi vyvolaná nekritická očekávání na straně uživatelů.

Pravda ale je, že pokračující rychlý vývoj techniky již dospěl k výkonným a provozně použitelným systémům strojového vidění s vlastnostmi, které před přibližně pěti lety bylo obtížné si i jen představit (bez ohledu na skutečnost, že první systémy tohoto typu vznikly již před asi dvaceti lety). Výsledkem je, že strojové vidění se v rámci strategií štíhlých a pružných automatizovaných výrobních procesů v současné době uplatňuje stále častěji. Ovšem historicky podmíněná nesprávná představa o strojovém vidění jako o něčem, co je vhodné pouze pro velké podniky schopné vlastními silami zajistit zkoušky a zdlouhavé ladění realizovaných řešení, ustupuje jen velmi pomalu.

Má-li být skutečně plně využit veškerý potenciál strojového vidění, musí dodavatelé i nadále pokračovat ve vzdělávání potenciálních uživatelů. Zajímavým podnětem v tomto směru je iniciativa s názvem Vision Academy, založená ve Výmaru v Německu (http://www.vision-academy.org, [4]). Podle již citovaného průzkumu uskutečněného společností IMS Research totiž evropští technici pokládají za největší nedostatky systémů strojového vidění stále ještě příliš velké náklady, potřebu speciálních znalostí a nespolehlivost (obr. 1). Trend je přitom takový, že růst efektivity i rychlosti výrobních linek staví dodavatele prostředků a systémů strojového vidění před úlohu nabídnout zařízení schopná zajistit inspekční procesy charakteristické většími počty kontrolovaných komponent při větší míře podrobnosti a větší rychlosti, a to vše s menšími náklady.

Směry vývoje produktů

Většina systémů strojového vidění dosud používaných v Evropě je založena na PC v kombinaci s kamerami a převodníky obrazu (frame grabber). Nicméně rychle se prosazují alternativní řešení založená na tzv. inteligentních (smart) senzorech, inteligentních kamerách a kompaktních systémech pro zpracování obrazu. Podíl tržeb za tuto techniku nevyužívající PC na celkovém prodeji vzrostl z 22,1 % v roce 2001 na 26,1 % v roce 2002 (obr. 2).

Ačkoliv jejich podíl na trhu roste, neznamená to nutně, že by uvedené nové skupiny produktů nahrazovaly řešení na bázi PC. Růstu je namísto toho dosahováno především pronikáním na nové trhy a nalézáním dalších možností využití této techniky. Systémy strojového vidění založené na PC jsou typicky určeny výrobcům strojů, především investičních celků pro podniky zpracovávající polovodiče a vyrábějící elektronické součástky. Stále častěji nyní využívají systémy strojového vidění jako součást svých výrobní linek i ostatní výrobní podniky. Tito noví uživatelé však zpravidla nemají vlastní zkušenost s programováním a instalováním systémů strojového vidění založených na PC, a proto mají sklon dávat přednost zařízením s jednodušší obsluhou, např. inteligentním senzorům. Přestože jde o všeobecný trend patrný ve všech odvětvích průmyslu, mezi zájemci o tato řešení jsou především potravinářské a farmaceutické podniky.

Dalším významným trendem je přechod na digitální systémy, nabízející větší rozlišení, širší škálu odstínů šedé barvy, větší kadenci snímkování a lepší kvalitu signálu. V roce 2002 byl trh v Evropě téměř přesně na polovinu rozdělen mezi digitální a analogové systémy (měřeno obratem). Předpověď ovšem vyznívá ve prospěch digitálních řešení, která by měla v příštích letech postupně získat převahu. Ovšem hromadný přechod k digitálním řešením není pravděpodobný. Je tomu tak proto, že analogové kamery stále mají, v porovnání s digitálními systémy, jisté výhody, z nichž nejvýznamnější jsou nižší cena zařízení a větší kapacita paměti.

Současný trh s automatizačními prostředky je nechvalně proslulý záplavou různých síťových komunikačních protokolů. Systémy strojového vidění nejsou v tomto ohledu výjimkou. Kamery jsou s procesory pro zpracování obrazu spojovány prostřednictvím mnoha nejrůznějších analogových a digitálních rozhraní. Nejvýznamnějšími digitálními rozhraními používanými v Evropě jsou LVDS (Low Voltage Differential Signalling), Camera Link a Firewire. V roce 2002 bylo nejčastěji instalováno rozhraní LVDS, které by ovšem, podle očekávání, mělo v budoucnu ustupovat ve prospěch Camera Link jako jednoúčelového rozhraní určeného pro aplikace strojového vidění. Očekává se také růst počtu aplikací rozhraní Firewire, a to zejména v méně výkonných systémech s menšími požadavky na rychlost přenosu dat.

Podrobnější informace o některých nových výrobcích přinášejí další články v tomto čísle časopisu. Lze je nalézt i např. v [5].

Dodavatelé

Evropský trh se systémy strojového vidění je velmi rozdrobený. Tvoří ho především malé, specializované firmy. Mnohé z nich působí pouze na místním národním trhu. Organizace IMS Research našla více než 100 výrobců hardwaru pro strojové vidění, kteří prodávají své produkty v Evropě. Pokud jde o odhad podílu na trhu, pouze dva z nich překračují 10 % – Sony a Cognex. Ve skutečnosti je nadpoloviční část trhu reprezentována společnostmi, s obratem v oblasti strojového vidění menším než dva miliony eur.

Mezi firmy vyvíjející aktivitu v širším evropském měřítku lze patrně počítat i vystavovatele, kteří se na již zmíněných veletrzích SPS/IPC/Drives přihlásili k jejich zvýrazněnému tématu – strojovému vidění. V roce 2002 to bylo 29 a v roce 2003 již 38 firem (tab. 1). Pro srovnání: v průvodci nabídkou zařízení a systémů pro zpracování obrazu v průmyslu na trhu ČR v tomto čísle časopisu na str. 62 představuje svůj sortiment 7 výrobců, popř. dodavatelů.

V rámci celkové konsolidace trhu nedávno prošla oborem strojového vidění v Evropě vlna akvizic; další budou, podle studie IMS Research, v příštích letech následovat ve snaze firem růst nejen z vnitřních zdrojů. Tyto změny však budou zčásti kompenzovány tím, jak budou na trh vstupovat nové firmy. Třebaže je na něm již dosti plno, strojové vidění představuje velmi atraktivní sektor trhu s automatizační technikou, který bezpochyby bude ještě delší dobu přitahovat pozornost mnoha nových zájemců.

(sk)