Strona główna

O nas   l  Oferta   l  Partnerzy   l  Mapa strony   l  Twoje asimo.pl   l   Kontakt

Wizja maszynowa (system wizyjny) (ang. machine vision, vision system) to zastosowanie wizji komputerowej (ang. computer vision) w przemyśle. Podczas gdy wizja komputerowa jest skupiona głównie na przetwarzaniu obrazu na poziomie sprzętowym, wizja maszynowa najczęściej wymaga zastosowania dodatkowych urządzeń I/O (wejście/wyjście) oraz sieci komputerowych do przesyłania wygenerowanych informacji do pozostałych komponentów procesu przemysłowego, np. ramion robota.  Wizja maszynowa jest podkategorią inżynierii, zajmującej się zagadnieniami informatyki, optyki, mechaniki i automatyki przemysłowej. Jednym z najczęstszych zastosowań wizji maszynowej jest inspekcja produktów, takich jak mikroprocesory, samochody, żywność czy środki farmaceutyczne. Systemy wizji maszynowej stosowane są coraz powszechniej do rozwiązywania problemów inspekcji przemysłowej, pozwalając na całkowitą automatyzację procesu inspekcji oraz zwiększenie jego dokładności i wydajności.Tak jak ma to miejsce w przypadku inspekcji produktów na linii produkcyjnej, dokonywanych przez ludzi, tak w przypadku zastosowania do tego celu systemów wizji maszynowej, wykorzystywane są kamery cyfrowe, inteligentne kamery oraz oprogramowanie do przetwarzania obrazu.

W pełni cyfrowy system wizji maszynowej (PPT Vision Inc.)

Systemy wizyjne są zaprogramowane do wykonywania wąsko zdefinowanych zadań, takich jak liczenie obiektów na przenośnikach, czytanie numerów seryjnych czy poszukowania defektów na powierzchni obiektów. Systemy takie stosuje się tam, gdzie jest zapotrzebowanie na szybkie, dokładne i powtarzalne inspekcje optyczne w cyklu 24 godzinnym. Systemy wizji maszynowej w porównaniu z inspekcją optyczną dokonywaną przez ludzi są zazwyczaj dokładniejsze i szybsze; czynnikami świadczącymi na niekorzyść ludzi na takch stanowiskach są: możliwość rozproszenia uwagi, zmęczenie, choroby przeszkadzające w wykonywanej pracy czy wiele różnych, trudnych do przewidzenia okoliczności wpływających na jakość inspekcji. Z drugiej jednak strony ludzie w krótkim przedziale czasowym wykazują się lepszą percepcją oraz są znacznie bardziej elastyczni w klasyfikacji i nowych defektów i adaptacji nowych wytycznych dotyczących inspekcji produktów.

Komputery nie "widzą" w sposób typowy dla człowieka. Kamery nie są równoważne optyce ludzkiej; podczas gdy ludzie podczas obserwacji mogą polegać na procesach wysnuwania wniosków i tworzenia przypuszczeń, to urządzenia elektroniczne  "widzą"  poprzez sprawdzanie pojedynczych pikseli obrazu, przetworzenie ich z wykorzystaniem np. systemów rozpoznawnia obrazu oraz znalezienie finalnej informacji. Wizja maszynowa i systemy wizji komputerowej są zdolne do skutecznego i konskewentnego przetwarzania obrazów, jednak komputerowe przetwarzanie obrazu są zazwyczaj projektowane do wykonywania pojedynczych, powtarzalnych zadań, i pomimo znaczącego rozwoju technologii w tej dziedzinie, to jednak ani wizja maszynowa ani wizja komputerowa nie dorównują części zdolności typowych dla ludzi, takich jak zrozumienie widzianego obrazu, tolerancja na zmieniające się oświetlenie, degradacja obrazu czy różnorodność obserwowanych części, itd.

Składniki systemu wizji maszynowej.

Typowy system wizji maszynowej składa się kilku komponentów spośród niżej wymienionych:

- jedna lub więcej cyfrowych lub analogowych kamer (czarno-biały lub kolorowa) wraz z optyką
- interfejs kamery do digitalizacji obrazu (tzw. "przechwytywacz kadrów")
- procesor (zazwyczaj jest to komputer PC lub procesor wbudowany, taki jak DSP)
(W niektórych przypadkach wszystkie elementy wyżej wymienione wchodzą w skład jednego urządzenia, tzw. inteligentnej kamery).
- urządzenia I/O (wejście/wyjście) lub linki komunikcyjne (np. RS-232) wykorzystywane do przesyłania raportów z wynikami pracy systemu
- soczewki do robienia zbliżeń
- przystosowane do danego systemu, wyspecjalizowane źródła światła (np. diody LED, światła fluoroscencyjne, lampy halogenowe, itd.)
- program do przetwarzania obrazu i wykrywania cech współnych obrazów
- czujnik synchronizujący do wykrywania obiektów (zazwyczaj jest czujnik magnetyczny lub optyczny), który daje sygnał do rozpoczęcia pobrania i przetworzenia obrazu
- elementy wykonawcze do usuwania lub odrzucania produktów z defektami

Czujnik synchronizujący określa, kiedy produkt (np. poruszający się na przenośniku) osiągnął pozycję w której może być poddany inspekcji. Sygnał z czujnika uruchamia kamerę, która rozpoczyna pobieranie obrazu z produktem, oraz czasami (w zależności od systemu) daje sygnał do synchronizacji oświetlenia  w celu uzyskania dobrej ostrości obrazu. Źródła światła wykorzystywane są w systemach wizyjnych do oświetlenia produktów w celu zniwelowania ciemnych miejsc i zminimalizowania skutków pojawiania się niekorzystnych warunków do obserwacji (takich jak cienie i odbicia). Najczęściej do tego celu wykorzytywane są panele z diodami LED.

Obraz z kamery jest przechwytywany przez tzw. "przechwytywacz kadrów" (ang. framegrabber), który jest urządzeniem digitalizującym (wchodzącym w skład kamery inteligentnej lub znajdującym się na osobej karcie komputerowej), konwertującym obraz z kamery do cyfrowego formatu (zazwyczaj do dwywymiarowej tablicy, której elementy odwołują się do poszczególnych pikseli obrazu). Obraz w postaci cyfrowej jest zapisywany do pamięci komputera, w celu jego późnijeszenia przetworzenia przez oprogramowanie wizji maszynowej.

W zależności od algorytmu oprogramowania, zazwyczaj wykonywane jest kilka etapów, składających się na kompletne przetworzenie obrazu. Często na samym początku tego procesu, obraz jest "odszumiany" lub kolory zamieniane są z odcieni szarości na prostą kombinację dwóch kolorów: białego i czarnego (proces binaryzacji). Następne etapy przetwarzania obrazu to liczenie, mierzenie i/lub identyfikacja obiektów, ich rozmiarów, defektów lub innych cech. W końcowym etapie procesu, oprogramowanie generuje informację o stanie produktu poddawanego inspekcji, według wcześniej zaprogramowanych kryteriów. W przypadku kiedy test wypada negatywnie (produkt nie spełnia założonych wymogów), program daje sygnał do odrzucenia produktu, ewentualnie system może zatrzymac  linię produkcyjną i przesłać informację o tym zdarzeniu do personelu.

Oprogramowanie obługujące system wizyjny

Pomimo, że większość systemów wizji maszynowej opiera się na kamerach czarno-białych, to jednak coraz powszechniejsze staje się wykorzystywanie kamer kolorowych. Także coraz częściej, zamiast kamer analogowych, stosuje się kamery cyfrowe - wtedy nie ma potrzeby stosowania "przechwytywacza kadrów", a obraz z takiej kamery jest bezpośrednio zapisywany do pamięci komputera.
Coraz powszechniejsze jest kupowanie systemów wizji maszynowej z tzw. kamerami inteligentnymi, posiadającymi wbudowane procesory. Ich użycie eliminuje konieczność użycia "przechwytywacza kadrów" i zewnętrznego komputera, tym samym redukując koszty i zmnijeszając złożoność systemu i jednocześnie "rezerwując" moc obliczeniową danego procesora dla każdej kamery. Inteligentne kamery z wbudowanymi procesorami są zazwyczaj tańsze w porównaniu do systemów łączących kamerę, płytę główną i/lub zewnętrzny komputer , przy porównywalnej lub lepszej wydajności.

Metody przetwarzania obrazu.

Na oprogramowanie systemu wizji maszynowej komercyjnego i typu open-source składa się wiele różnych technik przetwarzania obrazu, takich jak:

- liczenie pikseli (liczenie ciemnych i jasnych pikseli)
- binaryzacja (konwersja  kolorów z odcieni szarości na dwa kolory: biały i czarny)
- segmentacja (wykorzystywana do lokalizowania i/lub liczenia obiektów)
- "twarde" rozpoznanie obrazu (zlokalizowanie obiektu który można obrócić, częsciowo ukryć przez inny obiekt lub zmienić jego rozmiar).
- czytanie kodu kreskowego (dekodowanie kodów kreskowych, czytanych lub skanowanych przez maszyny)
- rozpoznanie tekstu (automatyczne czytanie tekstu - liter i cyfr, np. numerów seryjnych)
- pomiar (mierzenie rozmiarów obiektu)
- wykrywanie krawędzi (detekcja krawędzi obiektu)
- dopasowywanie szablonów (znajdowanie, dopasowywanie i/lub liczenie okreslonych wzorów)
- i inne

W większości przypadków, system wizji maszynowej wykorzystuje kombinację tych technik przetwarzania, w celu wykonania kompletnej inspekcji. Przykładowo system który czyta kody kreskowe może jednocześnie sprawdzać powierzchnię obiektu celem wykrycia zadrapań lub innych uszkodzeń oraz dokonywać pomiaru długości i szerokości wyprodukowanego komponentu.

Zastosowanie wizji maszynowej

Zastosowanie wizji maszynowej jest zróżnicowane, są to m.in.:

- biometria
- produkcja przemysłowa na dużą skalę
- produkcja małoseryjna unikatowych obiektów
- systemy bezpieczeństwa w środowisku przemysłowym
- inspekcja półproduktów (np. kontrola jakości)
- wizualna kontrola zapasów w magazynie i systemy zarządzające (liczenie, czytanie kodów kreskowych, interfejsy magazynów dla systemów cyfrowych)
- kontrola autonomicznych, mobilnych robotów przemysłowych (AGV)
- kontrola jakości i czystości produktów żywnościowych
- automatyzacja handlu detalicznego
- procesy medycznego przetwarzania informacji graficznej (np. interwencyjna radiologia)
- zdalne badania i procedury medyczne
- wizja robotów humanoidalnych
- "systemy widzenia" dla osób niewidomych (Artificial Visual Sensing) (np. Super Vision System, Artificial Eye System)
- i inne

Systemy wizji maszynowej są szeroko stosowane przy produkcji półprzewodników, gdzie systemy te dokonują inspekcji  krzemowych płytek, mikroprocesorów i komponentów takich jak rezystory czy kondensatory.

W przemyśle samochodowym systemy wizji maszynowej są wykorzystywane w układach sterowania robotami przemysłowymi, do inspekcji malowanych powierzchni, kontroli jakości spawów, sprawdzania bloków silnika czy wykrywania defektów różnych komponentów. Sprawdzanie produktów i kontrola jakości może obejmować następujące procedury:obecności części (śrub, przewodów, zawieszeń), prawidłowości montażu, prawidłowości wykonania i lokalizacji otworów oraz kształtów (krzywizn, prostopadłości powierzchni itp.), prawidłowości doboru wyposażenia do danej opcji wykonania, jakości powierzchni oznakowania (numerów fabrycznych i oznaczeń detali), wymiarów geometrycznych (z dokładnością na poziomie pojedynczych mikrometrów), jakości nadruków (położenia i koloru).

Wizja maszynowa różni się wizji komputerowej. Wizja komputerowa obejmuje zagadnienia związane z robotyką autonomiczną oraz reprezentacją sprzętową percepcji człowieka. Wizja maszynowa odwołuje się do zautomatyzowanych systemów przetwarzania informacji graficznych, włączając w to szeroki zakres technik komputerowych skupionych w celu ukształtowania kompletnego rozwiązania problemów percepcji i może być rozumiana jako połączenie wizji komputerowej z takimi elementami jak kontrola wyposażenia, bazy danych, systemy sieciowe i nauka maszyn.

Roboty przemysłowe

Producenci sprzętu wizji maszynowej i optyki

Inteligentna kamera

Sieć czujników wizyjnych

Publikacja Automated Find Fix & Eliminate for Automotive Paint Systems (1,68 MB)

Publikacja Robot Vision for Depalletizing of Mixed Pallet Loads (3,81 MB)

Publikacja Smart Cameras in Robot Control Applications (1,8 MB)

Publikacja Toward Building a Robust and Intelligent Video Surveillance System (1,39 MB)

Publikacja Use of Vision in Use of Vision in Robotic Packaging Robotic Packaging Lines (4,28 MB)

Publikacja Important Features of a Vision System System for Successful Robot Guidance Applications (75,2 kB)

Publikacja Visual Line Tracking - Application Overview (507 kB)