Využití systémů strojového vidění Turck a Banner

Každý moderní projekt automatizace výroby vyžaduje správně identifikovat, analyzovat nebo kontrolovat různé parametry zpracovávaných či přepravovaných výrobků. Tak, jak lidé využívají svůj zrak ke zkoumání předmětů, s nimiž mají pracovat, tak i automatizovaná zařízení potřebují mít svůj „zrak“ pro zajištění obráběcích, montážních či balicích procesů nebo kontrolu kvality.

Oblast strojového vidění lze zhruba rozdělit na detekci a vyhodnocení vad a chyb, identifikaci a třídění předmětů a materiálů, čtení a validaci čárových kódů a měření rozměrů či pozice (umístění).

Každá z těchto oblastí požaduje poněkud odlišné vlastnosti, parametry a funkce snímačů obrazu. Ty se odlišují nejen svojí výbavou, ale i implementovanými funkcemi, rozměry a ve výsledku i cenou.

Obrazová kontrola kvality výroby

Například z důvodu zpřísněných předpisů, které zvyšují kvalitu farmaceutických obalů, musí výrobci ověřit, že jsou všechny tablety správně vloženy do blistrového balení a nejsou v něm žádné poškozené kusy. K takovému ověření lze použít snímač obrazu řady iVu od firmy Banner a zajistit tak automatickou kontrolu každého blistru (obr. 1).

Snímače obrazu Banner iVu, které jsou v Česku v nabídce společnosti Turck, s. r. o., totiž napomáhají efektivně kontrolovat a vyhodnocovat různé tvary, natočení, počítání a přítomnost prvků či oblastí v nasnímaném obraze. K porovnání s referenční předlohou se využívá základní varianta iVu Vision Sensor s černobílým snímáním obrazu a funkcemi match (shodnost), area (oblast), blesmish (vady) a sort (třídění). Pro kontrolu barev a jejich odstínů, např. pro hlídání správné funkce tiskáren a kvality obalů nebo pro detekci přítomnosti a třídění výrobků podle barev, je určen snímač iVu Color Vision Sensor s barevným snímáním obrazu a implementovanými přidanými funkcemi porovnání odstínu barev a velikosti barevné plochy (average color, color area a color compare).

Například v automatické kontrole kvality může tento kamerový senzor kontrolovat různé kovové součásti (obr. 2). Vady a chyby v dílech a součástech mohou negativně ovlivnit následné procesy, efektivitu výroby a kvalitu produktu. Důsledná a spolehlivá kontrola dílů a komponent výrobcům pomáhá identifikovat potenciální problémy již v rané fázi výrobního procesu, čímž se minimalizují nákladné výrobní ztráty a zkracuje se doba výroby.

V aplikaci pro elektronické ověření značení může senzor iVu ověřovat informace z identifikátorů dílů na elektronických součástkách, aby bylo zajištěno, že se při montážních operacích používají správné díly. Senzor Banner iVu nakonfigurovaný pro kontrolu match se naučí na referenční „dobrý“ identifikátor a v provozu na výrobní lince potom v případě, že součástka nemá správný identifikátor, odešle chybový výstup, aby součást mohla být automaticky vyřazena.

Při jakékoliv vizuální kontrole je důležité mít správné osvětlení. V tomto případě je nejlepší volbou světlo v ose. Světlo v ose poskytuje rovnoměrné osvětlení plochých součástí a umožňuje tak např. snadno číst popisy vytvořené laserem. Součástí snímačů iVu je osvětlovač snímané oblasti (s červenými, zelenými, modrými, bílými nebo UV LED). Ten je však účinný do vzdálenosti přibližně 30 cm od snímače. Pro větší vzdálenosti lze vybrat ze široké nabídky externích osvětlovacích LED modulů, ať již pro přímé přední nasvícení, pro zadní nasvícení, vhodné pro detekci tvarů, nasvícení v ose, či kolmé na snímanou plochu.

Kamerová kontrola balení potravin

Je-li třeba zkontrolovat bonboniéry a ujistit se, že každé místo obsahuje bonbon a že bonbony nejsou poškozené, je dobré zvolit kamery Banner VE (obr. 3) s velkým rozlišením namontované nad dopravníkem – kontrolují každou krabici dvanácti čokoládových bonbonů, přičemž se ujišťují, že každé papírové hnízdo obsahuje jeden bonbon a že je bonbon neporušený.

Kamery řady VE jsou také vhodné pro kontrolu kódu na lahvích k ověření přítomnosti data nebo kódu šarže vytištěných na čiré láhvi naplněné čirým nápojem. Rovněž zjišťují, zda je uzávěr správně nasazen a že hladina naplnění láhve je v přijatelném rozsahu.

Chytré kamery VE Smart jsou obecně ideál­ní pro úlohy rychlé detekce a identifikace, měření rozměrů předmětů či jejich pozice (obr. 4). Ke koordinaci, např. uchopování roboty, jsou určeny chytré kamery vyšší řady VE Smart. Ty umožňují současně plnit funkci identifikace (vad, tvaru, natočení apod.) i čtení čárových kódů. Pro plné přizpůsobení různým podmínkám jsou standardně opatřeny systémem výměnných objektivů se závitem C-Mount, rychlým zpracováním obrazu a bohatší výbavou funkcí, jako např. line detect a circle detect (detekce přímek a kruhů), edge (hrany), mea­surement (měření rozměrů), locate (pozice umístění), math (matematické operace) a další. Objektivy je možné osadit různými filtry a k nasvícení použít různé typy externích osvětlovačů. Rozlišení až 5 Mpx umožňuje zároveň detekovat mnoho malých detailů v jednom obraze nebo současně používat několik detekčních funkcí, např. kontrolovat vady, detekovat přítomnost namontovaných prvků (např. konektorů, šroubků, správný typ a natočení součástek).

Čtení a validace čárových kódů

Ke čtení a validaci čárových kódů téměř libovolných známých standardních typů na libovolném povrchu, a to nejen základních, 1D a 2D DataMatrix a QR, ale i speciálních kódů využívaných v přepravních službách, jsou určeny kamerové čtečky ABR nebo iVu BCR.

Čtečka iVu Barcode Reader (BCR; obr. 5) umožňuje čtení, identifikaci a částečnou validaci všech běžně rozšířených čárových 1D i 2D kódů, přičemž dovoluje číst informaci uloženou v čárovém kódu, odeslat ji do nadřazeného systému nebo porovnat část s uloženou předlohou, tedy provádět i základní validace.

Čtečky ABR mají svojí specializovanou konstrukcí ve srovnání s iVu BCR větší čtecí výkon a menší zástavbové rozměry. Platí to zejména u řady ABR3000 s kompaktním hliníkovým pouzdrem velikosti malé krabičky sirek (48,5 × 23,5 × 45,4 mm; obr. 6). Přitom obsahují základní osvětlovač se dvěma LED, zaměřovací laserové ukazovátko, I/O výstupy (např. pro přímé řízení vyřazovacích prvků) i multiprotokolové ethernetové rozhraní nebo rozhraní USB. Parametry čtení se nastavují prostřednictvím bezplatného softwaru pro PC Barcode Manager, který uživatele provází celkem třemi kroky nastavovacího a učicího procesu k úspěšné a bezchybné detekci.

V případě náročných světelných podmínek při čtení kódů je možné zvolit kamery vyšší řady ABR7000 (obr. 7), které se sice vyznačují o něco většími rozměry, ale obsahují vestavěný LED osvětlovač a umožňují automatické ošetření (autofocus) i snímání tzv. DPM kódů přímo vyznačených na povrchu produktu, a to včetně těch vytvořených laserem na lesklém povrchu kovů.

Snímání ve 3D a kontrola povrchu předmětů

Společnost Turck mimo firmu Banner (zařízení) zastupuje i společnost LMI Technologies, která dodává široký sortiment 3D optických snímačů řady Gocator. Ta zahrnuje tři základní provedení: bodové, linio­vé a plošné (obr. 8). Bodové senzory G1 se obvykle používají k měření rozměrů objektů, jako je tloušťka, výška a drsnost povrchu. Liniové univerzální senzory G2 využívají promítanou laserovou linii k měření tvarů průřezů dílů a povrchů materiálů (obr. 9). Umožňují vytvářet 3D obraz celého dílu pro provádění přesných tvarových, povrchových a objemových měření při in-line pohybu produkční rychlostí. Nejvíce pokročilé plošné senzory G3 jsou ideální pro in-line kontrolní úlohy, kde jsou objekty momentálně nehybné, jako je robotická kontrola nebo systémy pick and place.

Příslušenství a technická podpora

Pro realizaci různých úloh zajišťuje společnost Turck i velké množství různých objektivů, filtrů a integrovaných i externích LED osvětlovačů. Zájemcům pomůže s vhodným výběrem hardwaru, otestováním a tvorbou aplikací pro danou úlohu.

(Turck, s. r. o.)

Obr. 1. Snímač obrazu iVu kontroluje, zda jsou v blistrech všechny tablety, zda mají správný tvar a zda nejsou zlomené nebo rozdrcené

Obr. 2. Snímače obrazu iVu kontrolují přítomnost všech děr v kovové součásti, jejich polohu a tvar

Obr. 3. Průmyslová kamera Banner VE

Obr. 4. Kamera Banner VE Smart kontroluje zboží na třídicím dopravníku

Obr. 5. Čtečka iVu Barcode Reader při čtení 2D kódů na průhledných štítcích

Obr. 6. Čtečka ABR3000 při sledování balení výrobků

Obr. 7. Čtečka ABR7000 dokáže číst DPM kódy vypálené laserem přímo na kovových součástech

Obr. 8. Laserové snímače Gocator pro měření vzdáleností a rozměrů a snímání profilů a tvarů

Obr. 9. Při kontrole pneumatik se uplatní liniové laserové profiloměry Gocator