Какво е машинно зрение и как може да помогне?

Разбирането как работи машинното зрение може да ви помогне да определите дали машинното виждане решава конкретни проблеми с приложението при производството или преработката.

Хората често не разбират какво машинното (компютърно, изкуствено) зрение може и какво не може да направи за производствена линия или процес. Разбирането как работи може да помогне на хората да решат дали ще реши проблеми в дадено приложение. И така, какво точно представлява компютърното зрение и как всъщност работи?

Изкуственото зрение е съвременна технология, която включва инструменти за получаване, обработка и анализ на изображения на физическия свят с цел създаване на информация, която може да се интерпретира и използва от машина, използваща цифрови процеси.

Използването на изкуствено зрение в промишлеността

Компютърното зрение се отнася до използването на една или повече камери за автоматична проверка и анализ на обекти, най -често в индустриална или производствена среда. Получените данни след това могат да се използват за контрол на процеси или производствени дейности.

Тази технология автоматизира широк спектър от задачи, като дава на машините необходимата информация, за да вземат правилните решения за всяка задача.

Използването на изкуствено зрение в промишлеността позволява автоматизиране на производствените процеси, което води до по -добри производствени резултати чрез използването на контрол на качеството и по -голяма гъвкавост на всеки етап.

В момента използването на индустриално изкуствено зрение значително подобри производствените процеси. Това направи възможно получаването на продукти с по -високо качество на по -ниски разходи и в почти всички области на промишлеността, от автомобилостроенето и храните, до електрониката и логистиката.

Типична употреба би била монтажна линия, при която камерата се задейства след извършване на операция върху част, която взема и обработва изображение. Камерата може да бъде програмирана да проверява позицията на определен обект, неговия цвят, размер или форма и наличието на обекта.

Машинното виждане може също да търси и декодира стандартни 2D матрични баркодове или дори да чете отпечатани знаци. След проверка на продукта обикновено се генерира сигнал, който определя какво да се прави с продукта след това. Частта може да се пусне в контейнер, да се насочи към разклонителен конвейер или да се предаде на други монтажни операции, а резултатите от проверката се проследяват в системата.

Във всеки случай системите за компютърно виждане могат да предоставят много повече информация за обект, отколкото прости сензори за положение.

Компютърното зрение обикновено се използва например за:

• осигуряване на качеството,
• управление на робот (машина),
• изпитване и калибриране,
• контрол на процеса в реално време,
• събиране на данни,
• машинен мониторинг,
• сортиране и броене.

Много производители използват автоматизирано компютърно зрение вместо инспекционен персонал, защото е по -подходящ за повтарящи се проверки. Той е по -бърз, по -обективен и работи денонощно.

Системите за компютърно зрение могат да инспектират стотици или хиляди части в минута и да осигурят по -последователни и надеждни резултати от инспекцията от хората.Чрез намаляване на дефектите, увеличаване на приходите, улесняване на спазването и проследяване на части с компютърно зрение, производителите могат да спестят пари и да увеличат своята рентабилност.

Как работи машинното зрение

Дискретна фотоклетка е един от най -простите сензори в областта на индустриалната автоматизация. Причината да го наричаме „дискретен“ или цифров е, защото има само две състояния: включено или изключено.

Принципът на действие на дискретна фотоклетка (оптичен сензор) е да предава светлинен лъч и да определя дали светлината се отразява от обект. Ако няма обект, светлината не се отразява в приемника на фотоклетката. Към приемника е свързан електрически сигнал, обикновено 24 V.

Ако обектът присъства, сигналът се включва и може да се използва в системата за управление за извършване на действие. Когато обектът бъде изтрит, сигналът се изключва отново.

Такъв сензор може да бъде и аналогов. Вместо две състояния, т.е. изключено и включено, той може да върне стойност, показваща колко светлина се връща към приемника му. Той може да върне 256 стойности, от 0 (което означава, че няма светлина) до 255 (което означава много светлина).

Представете си хиляди малки аналогови фотоклетки, подредени в квадратно или правоъгълно поле, насочено към обект. Това ще създаде черно -бяло изображение на обекта въз основа на отразяващата способност на местоположението, към което е насочен сензорът. Отделните точки на сканиране в тези изображения се наричат ​​„пиксели“.

Разбира се, хиляди малки фотоелектрически сензори не се използват за създаване на изображението. Вместо това обективът фокусира изображението върху полупроводников набор от светлинни детектори.

Тази матрица използва масиви от чувствителни към светлина полупроводникови устройства като CCD (Charge Coupled Device) или CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Отделните сензори в тази матрица са пиксели.

Четирите основни компонента на системата за компютърно зрение

Четирите основни компонента на системата за компютърно зрение са:

• лещи и осветление;
• сензор за изображения или камера;
• процесор;
• начин за прехвърляне на резултати, независимо дали става дума за физически вход / изход (I / O) връзка или друг комуникационен метод.

Компютърното зрение може да използва сканиране на цветни пиксели и често използва много по -голям масив от пиксели. Към заснетите изображения се прилагат софтуерни инструменти, за да се определи размерът, позиционирането на ръбовете, движението и относителното положение на елементите един спрямо друг.

Лещите улавят изображението и го предават на сензора под формата на светлина. За да оптимизирате системата за компютърно виждане, камерата трябва да бъде сдвоена с подходящи обективи.

Въпреки че има много видове обективи, лещите с фиксирано фокусно разстояние обикновено се използват в приложенията за компютърно зрение. При избора са важни три фактора: зрително поле, работно разстояние, размер на сензора на камерата.

Осветлението може да се прилага към изображение по различни начини. Посоката, в която идва светлината, нейната яркост и нейният цвят или дължина на вълната в сравнение с цвета на целта са много важни фактори, които трябва да се вземат предвид при проектирането на среда за компютърно зрение.

Докато осветлението е важна част от получаването на добро изображение, има два други фактора, които влияят върху това колко светлина получава изображението. Обективът включва настройка, наречена бленда, която се отваря или затваря, за да позволи на повече или по -малко светлина да влезе в обектива.

В комбинация с времето на експозиция, това определя количеството светлина, попадащо в пикселната решетка, преди изобщо да се приложи някакво осветление. Скоростта на затвора или времето на експозиция определят колко дълго се прожектира изображението върху матрицата от пиксели.

В компютърното зрение затворът се контролира по електронен път, обикновено с милисекундна точност. След заснемане на изображението се прилагат софтуерните инструменти. Някои се използват преди анализ (предварителна обработка), други се използват за определяне на свойствата на обекта, който се изследва.

По време на предварителната обработка можете да прилагате ефекти към изображение, за да изострите ръбовете, да увеличите контраста или да попълните празнините. Целта на тези задачи е да подобрят възможностите на други софтуерни инструменти.

Изкуственото зрение е технология, която имитира човешкото зрение и ви позволява да получавате, обработвате и интерпретирате изображения, получени по време на производствените процеси. Машините за изкуствено зрение анализират и декодират информацията, получена по време на производствените процеси, за да вземат решения и да действат по най -удобния начин чрез автоматизиран процес. Обработката на тези изображения се извършва с помощта на софтуера, свързан с машината, и въз основа на получените данни е възможно да се продължат процесите и да се идентифицират възможни грешки на монтажните линии.

Целта на компютърното зрение

Ето някои общи инструменти, които можете да използвате, за да получите информация за целта си:

• Брой пиксели: Показва броя на светлите или тъмните пиксели в обекта.
• Откриване на ръбове: Намерете ръба на обект.
• Измерване (метрология): измерване на размерите на обект (например в милиметри).
• Разпознаване на шаблони или съвпадение на шаблони: Търсете, съпоставяйте или бройте конкретни модели. Това може да включва откриване на обект, който може да се завърти, частично да се скрие от друг обект или да има други обекти.
• Оптично разпознаване на символи (OCR): Автоматично четене на текстове като серийни номера.
• Четене на баркод, матрица на данни и 2D баркод: Събирайте данни, съдържащи се в различни стандарти за баркодиране.
• Откриване на точки: Проверява изображението за петна от взаимосвързани пиксели (като черна дупка в сив обект) като отправна точка за изображението.
• Цветен анализ: идентифициране на части, продукти и обекти по цвят, оценка на качеството и подчертаване на елементите по цвят.

Целта за получаване на данни от проверки често е да се използват за сравняване с целевите стойности, за да се определи преминаване / неуспех или продължаване / не продължаване.

Например, когато проверявате код или баркод, получената стойност се сравнява със запаметената целева стойност. В случай на измерване, измерената стойност се сравнява с правилните стойности и допуски.

При проверка на буквено -цифров код текстовата стойност на OCR се сравнява с правилната или целевата стойност. За да се провери за повърхностни дефекти, размерът на дефекта може да бъде сравнен с максималния размер, разрешен от стандартите за качество.

Контрол на качеството

Машинното виждане има огромен потенциал в индустрията. Използвани са тези системи за изкуствено зрение в роботиката, ни позволяват да предложим автоматично решение за различни етапи производство, такъв като контрол на качеството или откриване на дефектни продукти.

Контролът на качеството е набор от методи и инструменти, които ще ни позволят да идентифицираме грешките в производствения процес, както и да предприемем подходящи мерки за тяхното отстраняване. Това осигурява много по -пълен контрол върху крайния продукт, което гарантира, че когато той достигне до потребителя, той ще отговаря на специфични и утвърдени стандарти за качество.

По този начин продуктите, които не отговарят на минималните изисквания за качество, се изключват от процеса, като по този начин се елиминират евентуални смущения в производствения процес.Това се постига чрез непрекъснато провеждане на инспекции и произволни тестове.

Използването на контрол на качеството в производството има редица предимства:

• Увеличаване на производителността;
• Намалени материални загуби;
• Спад на цената;
• Най -доброто качество на крайния продукт.

Комуникация в компютърното зрение

Веднъж получена от процесора и софтуера, тази информация може да бъде предадена към системата за управление чрез различни стандартни за индустрията комуникационни протоколи.

Основните системи за компютърно виждане често поддържат EtherNet / IP, Profinet и Modbus TCP. Серийните протоколи RS232 и RS485 също са често срещани.

Цифровият I / O често е вграден в системи за задействане и опростяване на отчитането на резултатите. Налични са и комуникационни стандарти за компютърно зрение.

Заключение

Системите за изкуствено зрение имат голямо разнообразие от приложения и могат да бъдат адаптирани към различни индустрии и различните нужди на всяка производствена линия. Днес всяка компания, която произвежда продукти по определен стандарт, може да се възползва от предимствата на компютърното зрение като част от техния производствен процес.

Разбирането на физическите принципи и възможности на системите за изкуствено зрение може да бъде полезно при определяне дали такава технология е подходяща за производствен процес в конкретен случай. Като цяло, каквото и да види човешкото око, камерата може да види (понякога повече, понякога по -малко), но декодирането и предаването на тази информация може да бъде доста сложно.