IVC-3D - Zaawansowane systemy wizyjne na linii produkcyjnej

Wymagania konkurencyjności w przemyśle wymuszają wprowadzanie bardziej zaawansowanych metod kontroli jakości na coraz wcześniejszych etapach produkcji jak i zastępowanie człowieka automatyką. Zastosowanie dobrze znanych czujników optycznych czy indukcyjnych może okazać się chybione, nie wspominając o tym, że często bywa w praktyce mało skuteczne, szczególnie w przypadku skomplikowanych zadań. Wielokrotnie okazuje się, że zastosowanie systemów wizyjnych, np. oferowanych przez SICK|IVP, pozwala osiągnąć zamierzone rezultaty.

08 grudzień 2015 12:04

Dodał: Redakcja Serwisu (1)

Każdy odbiorca ma własne wyobrażenia i preferencje co do funkcjonalności i wygody użytkowania systemów wizyjnych, dlatego nie chcemy określać produktów SICK|IVP pod tym względem jako być może optymalne rozwiązanie. Proponujemy niemniej sprawdzić i ocenić jak bardzo przydatne może okazać się w praktyce zastosowanie chociażby technologii 3D w oparciu o zintegrowane systemy wizyjne IVC-3D.

Podstawową cechą kamer zintegrowanych jest ich pełna funkcjonalność i zdolność do samodzielnej pracy bez konieczności zastosowania zewnętrznego sterownika czy też komputera. Oczywiście takie zestawienie dwa w jednym jest obecnie często stosowane w dużej grupie kamer 2D i z tego powodu cieszą się one uznaniem ze względu na szybkość i prostotę uruchomienia systemu.

System IVC-3D

Zupełnie nową jakość w automatyce prezentuje jedyny w swoim rodzaju system IVC-3D, który jako pierwsza zintegrowana kamera 3D została wprowadzona przez firmę SICK|IVP na światowy rynek. Jest to system wizyjny w obudowie o stopniu ochrony IP65 (na życzenie w wykonaniu ze stali nierdzewnej), pracujący w oparciu o bardzo szybki przetwornik CMOS w 3 wymiarach (x, y, z) z maksymalną możliwą szybkością 5 tys. profili na sekundę. IVC-3D wykorzystuje metodę triangulacyjną do tworzenia obrazu obiektu. Polega ona na prostopadłym do kierunku ruchu oświetleniu poruszającego się pod kamerą przedmiotu i pobieraniu kolejnych obrazów linii laserowej do pamięci kamery. Z tak zgromadzonych kolejnych skanów (profili) tworzony jest obraz 3D. Dzięki temu można skanować obiekty o różnym kształcie i wielkości bez konieczności zmiany położenia kamery. Poza tym kamera będąc wyposażoną we własne oświetlenie (laser) może praktycznie pracować niezależnie od kolorystyki przedmiotu oraz oświetlenia zewnętrznego. Wykrywanie, np. białych części na białym tle, czy też części tego samego kształtu, a o różnym kolorze jest z IVC-3D możliwe z definicji. Przetworniki kamer IVC-3D oparte są na opatentowanej przez SICK|IVP technologii równoległej i jednoczesnej analizy obrazu dla każdej z 1024 kolumn matrycy, co powoduje uzyskanie tak dużych prędkości skanowania.

Najważniejszym celem i funkcją pracy matrycy jest określenie środka obrazu linii laserowej odwzorowanej na przetworniku. W dalszej części następuje przeliczenie współrzędnych z pikseli na milimetry według specjalnej procedury kalibracyjnej pozwalającej skorygować wszelkie zniekształcenia związane z optyką i perspektywą (wynikającą ze skierowania obiektywu na miejsce oświetlone linia laserową) i przekazującą już obraz w skalibrowanym układzie współrzędnych. Przy sprzyjających warunkach można rozróżniać detale z rozdzielczością do 0,015 mm w pionie, przy polu widzenia szerokości 60 mm! Dzięki temu nawet drobne defekty wykonania powierzchni, krawędzi lub położenia są doskonale widoczne i możliwe do wychwycenia w sposób automatyczny. W każdej z dostępnych wersji jest ten sam przetwornik, a różne pola widzenia uzyskuje się przez zastosowanie odpowiedniej optyki. Co za tym idzie dla kamery przeznaczonej do analizy większych obszarów możliwe do uzyskania rozdzielczości są odpowiednio niższe, np. dla wersji do 800 mm szerokości można liczyć na rozdzielczość 0,2 mm w pionie. Zupełnie odmienna sytuacja ma miejsce w przypadku kierunku ruchu, czyli dla współrzędnej y. Tutaj odległość między poszczególnymi profilami (rozdzielczość w osi y) może być określona na 3 sposoby: ręcznie przez użytkownika, taktowana impulsami z enkodera albo zegarem wewnętrznym. Jeśli chodzi o komunikację z otoczeniem kamery IVC-3D mają po 3 programowalne wejścia i wyjścia (PNP/NPN), wbudowany interfejs Ethernet i port szeregowy RS485.

Oświetlacze współosiowe (ang. Axial Diffuselites)

Oświetlacze osiowe kierują światło wzdłuż osi optycznej kamery (prostopadle do badanej powierzchni) zapewniając równomierne oświetlenie i uwydatniając krawędzie.

Seria Ruler i Seria Ranger

Czasami jednak proces produkcyjny wymaga jeszcze większych prędkości skanowania.
Wówczas polecanym narzędziem są kamery serii Ruler lub Ranger. Są to kamery współpracujące z PC-tem i komunikujące się poprzez GigE lub CameraLink. Algorytm obróbki obrazów tworzony jest wtedy w języku wysokiego poziomu, np. C++ lub VB, konkretnie dla danej aplikacji. Dzięki tym kamerom można rejestrować i analizować obiekty nawet z szybkością do 35 tys. profili na sekundę! Oprócz skanowania 3D zastosowany w kamerach Ruler i Ranger przetwornik umożliwia wykrywanie takich cech obiektu jak rozproszenie światła, refleksyjność powierzchni, połysk.

Systemy 2D

W rodzinie zintegrowanych kamer SICK|IVP dostępne są również systemy 2D oparte o 8-bitowy przetwornik obrazu CCD w wersjach 640x480 pikseli i 1024x768 o prędkości akwizycji do 30 klatek na sekundę. Standardowe obiektywy o ogniskowych, np. 8, 12, 16, 25 i 50 mm oraz pierścienie dystansowe dają szerokie możliwości dostosowania pola widzenia kamery do aplikacji. Przemysłowa obudowa IP65 (ze specjalną osłoną na obiektyw, także w wykonaniu ze stali nierdzewnej) umożliwia zastosowanie kamer nawet w przemyśle spożywczym w części produkcyjnej. Dostępne są również narzędzia do kontroli poprawności tekstów (OCV), rozpoznawania tekstów (OCR) oraz kodów kreskowych i DataMatrix.

Środowisko IVC-Studio

Razem z kamerami IVC-2D/3D dostarczane jest intuicyjne środowisko programowania o nazwie IVC-Studio (do pobrania bezpłatnie ze strony www.sickivp.com), automatycznie rozpoznające typ podłączonego urządzenia (kamera 2D/3D) oraz dobierające odpowiedni zestaw gotowych procedur i narzędzi (w zależności od kamery: 2D czy 3D), których użytkownik ma do dyspozycji w ilości ponad 110. Rozmieszczone są one tematycznie w kilku grupach i dostępne w postaci ikon z paska programu. Oprócz narzędzi służących do obróbki obrazu dostępne są również instrukcje warunkowe, pętle, obsługa błędów i komunikacji (RS485, Ethernet, OPC, Web server) oraz funkcje właściwe tylko dla kamer 3D, np. obliczanie objętości, dopasowywanie powierzchni. Do współpracy z robotami zostały stworzone procedury przeliczania współrzędnych z układu kamery na układ stosowany przez robota.

Seria CVS - szybko programowalne czujniki wizyjne

Oprócz rodziny zintegrowanych kamer 2D/3D i kamer Ruler i Ranger firma SICK ma w swojej ofercie także szybko programowalne czujniki wizyjne serii CVS. Są to urządzenia dedykowane konkretnym zadaniom, których nie można rozwiązać za pomocą standardowych czujników, np. wykrywanie obecności części, sortowanie według kolorów, OCR. Czujniki wizyjne są proste w konfiguracji i utrzymaniu. Każdy z nich ma kilka wyjść cyfrowych, własny oświetlacz LED oraz port szeregowy do konfiguracji. Dzięki wejściu uczącemu i początkowym ustawieniom są gotowe do szybkiego użycia na linii produkcyjnej. Firma SICK oferuje również swoim klientom konsultacje i pełne doradztwo w dziedzinie systemów wizyjnych. Wykwalifikowana kadra inżynierska służy pomocą przy doborze sprzętu, zarówno typu kamery, oświetlenia, optyki oraz przy opracowaniu rozwiązania wraz z programem – użytkownicy mogą również tworzyć aplikację we własnym zakresie przy wsparciu i udziale specjalisty SICK.