System wizyjny do kontroli i orientowania części – jak działa?
System wizyjny do kontroli części wykorzystuje kamerę, oświetlenie i oprogramowanie do rozpoznawania położenia produktu oraz wybranych cech widocznych na obrazie. Może wskazać robotowi, którą część pobrać, sprawdzić jej orientację, odczytać kod albo odrzucić element niespełniający określonych kryteriów.
Nie oznacza to jednak, że każda kamera automatycznie wykryje wszystkie wady produktu. Zakres kontroli zależy od jakości obrazu, rodzaju oświetlenia, położenia części oraz tego, czy poszukiwana niezgodność jest rzeczywiście widoczna. Dlatego wdrożenie systemu wizyjnego należy zacząć od dokładnego określenia zadania i testów na rzeczywistych komponentach.
Czym jest przemysłowy system wizyjny?
Przemysłowy system wizyjny analizuje obraz produktu i na jego podstawie podejmuje zaprogramowaną decyzję albo przekazuje dane do innego urządzenia.
Kompletne rozwiązanie może obejmować:
kamerę 2D lub 3D,
odpowiednio dobrany obiektyw,
oświetlenie,
powierzchnię roboczą,
oprogramowanie analizujące obraz,
sterownik,
mechanizm odrzutu,
robota lub urządzenie odbierające produkt.
Kamera wykonuje zdjęcie albo serię zdjęć, a oprogramowanie porównuje widoczne cechy z przygotowanym wzorcem. Wynikiem może być informacja, że produkt jest zgodny, wymaga odrzucenia albo znajduje się w pozycji umożliwiającej jego pobranie.
System wizyjny może również przekazać współrzędne położenia części do robota, który dopasowuje ruch chwytaka do rzeczywistej orientacji produktu.
Orientowanie części a kontrola jakości
To dwa różne zadania, choć mogą być realizowane przez ten sam system.
Orientowanie części
Celem jest określenie:
gdzie znajduje się produkt,
pod jakim kątem jest ułożony,
czy można go bezpiecznie pobrać,
z której strony należy go chwycić,
czy nie jest zasłonięty przez inny element.
Dane trafiają następnie do robota albo systemu podającego. Orientowanie jest szczególnie przydatne przy różnych produktach rozłożonych na powierzchni podajnika elastycznego.
Kontrola części
System sprawdza, czy produkt spełnia ustalone kryteria. Może weryfikować na przykład:
obecność wybranego elementu,
prawidłowy kształt,
kompletność widocznych fragmentów,
właściwy kolor,
położenie otworu,
długość albo inny wymiar możliwy do oceny na obrazie,
obecność oznaczenia,
zgodność kodu,
wybrane uszkodzenia powierzchni.
Kontrola może zakończyć się zaakceptowaniem produktu, odrzuceniem go albo zatrzymaniem procesu do decyzji operatora.
Jak działa system wizyjny z elastycznym podajnikiem?
W typowym procesie części są zasypywane do magazynka, a następnie dozowane na powierzchnię podajnika. Kontrolowane ruchy rozdzielają komponenty i ograniczają liczbę elementów leżących jeden na drugim.
Kolejne etapy mogą wyglądać następująco:
części trafiają na powierzchnię roboczą,
podajnik je rozdziela,
kamera wykonuje zdjęcie,
oprogramowanie rozpoznaje położenie produktów,
system wybiera element możliwy do pobrania,
współrzędne trafiają do robota,
robot pobiera produkt,
część jest przekazywana do montażu, kontroli albo pakowania.
Jeżeli na powierzchni nie ma produktu w odpowiedniej pozycji, podajnik może ponownie rozmieścić elementy i przygotować kolejny obraz.
Takie rozwiązanie ogranicza potrzebę stosowania mechanicznego toru wykonanego pod jeden produkt. Dzięki temu na tym samym stanowisku można obsługiwać różne indeksy, jeżeli mieszczą się w zakresie podajnika, kamery i chwytaka.
Jakie części może rozpoznawać system wizyjny?
Możliwość detekcji zależy bardziej od cech widocznych na obrazie niż od samej nazwy produktu. System może pracować między innymi z:
śrubami i nakrętkami,
uszczelkami,
pierścieniami,
tulejami,
sprężynami,
elementami z tworzywa,
komponentami elektronicznymi,
częściami montażowymi,
elementami o nieregularnej geometrii.
Trudność może pojawić się przy produktach:
przezroczystych,
silnie odblaskowych,
bardzo ciemnych,
niemających charakterystycznych cech,
częściowo zasłoniętych,
ułożonych jeden na drugim,
zmieniających kształt,
zabrudzonych lub pokrytych olejem.
Nie oznacza to, że takich produktów nie można kontrolować. Mogą jednak wymagać innego oświetlenia, tła, optyki albo technologii 3D.
Kamera 2D czy system wizyjny 3D?
System 2D analizuje płaski obraz produktu. Dobrze sprawdza się, gdy części znajdują się na kontrolowanej powierzchni i trzeba określić ich położenie w osi X i Y, kąt obrotu albo widoczne cechy.
Typowe zastosowania systemu 2D to:
rozpoznawanie orientacji części na podajniku,
kontrola obecności elementu,
sprawdzanie kształtu,
odczyt kodów,
kontrola nadruku,
wskazywanie części do pobrania przez robota.
System 3D rejestruje także informacje o wysokości i kształcie przestrzennym. Może być potrzebny, gdy produkty znajdują się na różnych poziomach, są ułożone w pojemniku albo robot musi uwzględnić wysokość punktu chwytu.
Rozwiązanie 3D warto rozważyć przy:
pobieraniu produktów bezpośrednio z pojemnika,
częściach nakładających się,
kontroli wysokości,
skomplikowanych kształtach przestrzennych,
produktach wymagających dokładniejszego określenia powierzchni.
Bardziej rozbudowana technologia nie zawsze oznacza lepszy wybór. Jeśli zadanie można stabilnie wykonać za pomocą obrazu 2D, zastosowanie systemu 3D może niepotrzebnie zwiększyć koszt i złożoność projektu.
Dlaczego oświetlenie jest tak ważne?
Kamera może analizować wyłącznie cechy, które są prawidłowo widoczne. Z tego powodu oświetlenie jest jednym z najważniejszych elementów systemu.
Nieprawidłowe światło może powodować:
odbicia na powierzchniach metalowych,
brak widoczności krawędzi,
cienie zasłaniające cechy produktu,
różnice obrazu zależne od pory dnia,
mylenie produktu z tłem,
problemy z przezroczystymi elementami.
W zależności od aplikacji można zastosować światło padające od góry, od dołu, pod kątem albo przez odpowiedni filtr. Znaczenie ma również kolor i struktura tła.
Test należy przeprowadzać na rzeczywistych produktach, uwzględniając naturalne różnice między seriami, zabrudzenia oraz dopuszczalne zmiany powierzchni.
Jakie wady może wykrywać kontrola wizyjna?
System może wykrywać tylko takie niezgodności, które są widoczne na obrazie i zostały przewidziane podczas projektowania kontroli.
Przykładowe zadania to:
wykrywanie brakującego otworu,
kontrola obecności uszczelki,
sprawdzanie właściwego koloru,
rozpoznawanie niewłaściwej części,
wykrywanie widocznego pęknięcia,
kontrola liczby elementów,
sprawdzanie kompletności produktu,
odczytywanie numeru albo kodu.
Kamera patrząca z góry nie wykryje automatycznie wady znajdującej się na spodzie produktu. Nie oceni również właściwości materiału, których nie można zobaczyć, takich jak twardość, skład chemiczny albo uszkodzenie wewnętrzne.
Jeśli wada może występować w różnych miejscach, potrzebne mogą być dodatkowe kamery, obracanie części albo osobna metoda kontroli.
Kontrola regułowa czy oparta na uczeniu obrazu?
Klasyczny system regułowy szuka wcześniej określonych cech, na przykład krawędzi, wymiaru, koloru albo położenia otworu. Jest skuteczny, gdy produkt i kryteria są dobrze zdefiniowane.
System wykorzystujący uczenie obrazu może lepiej radzić sobie z naturalną zmiennością powierzchni lub wadami trudnymi do opisania prostymi regułami. Wymaga jednak odpowiedniego zbioru zdjęć produktów poprawnych i niezgodnych.
Wybór powinien zależeć od rodzaju zadania:
prosta obecność elementu – zwykle wystarczy kontrola regułowa,
określenie położenia części – system lokalizacji,
odczyt kodu – dedykowany algorytm odczytu,
zmienna wada powierzchni – możliwe zastosowanie uczenia obrazu,
geometria przestrzenna – system 3D.
Nie należy używać bardziej skomplikowanej technologii, jeżeli prostsza metoda zapewnia wymaganą skuteczność i stabilność.
Jak system decyduje o odrzuceniu części?
Przed wdrożeniem trzeba ustalić konkretne kryteria akceptacji. Określenie „produkt ma wyglądać dobrze” jest niewystarczające.
Należy odpowiedzieć między innymi na pytania:
jaka cecha ma być kontrolowana,
jakie odchylenie jest jeszcze dopuszczalne,
czy system ma zatrzymać linię, czy tylko odrzucić produkt,
gdzie trafią elementy niezgodne,
czy operator może zatwierdzić część ręcznie,
czy obraz odrzuconego produktu ma zostać zapisany,
jak obsługiwać przypadki niejednoznaczne.
Zbyt szerokie tolerancje mogą przepuszczać produkty niezgodne. Zbyt restrykcyjne ustawienia prowadzą natomiast do odrzucania prawidłowych części i obniżenia wydajności.
Połączenie kontroli wizyjnej z pakowaniem
System wizyjny może pracować przed etapem pakowania. Część jest identyfikowana, kontrolowana i dopiero po zaakceptowaniu przekazywana do opakowania.
Przykładowy proces może obejmować:
zasypanie części do magazynka,
automatyczne dozowanie,
rozdzielenie produktów,
kontrolę położenia albo zgodności,
odrzucenie niewłaściwych części,
policzenie zaakceptowanych elementów,
przekazanie ich do worka,
zgrzanie opakowania,
wydrukowanie numeru produktu i liczby sztuk.
Połączenie elastycznego podajnika z maszyną Autobag® pozwala zbudować stanowisko obejmujące kontrolę, liczenie oraz pakowanie w worki pre-open.
W zależności od aplikacji proces może być całkowicie automatyczny albo pozostawiać operatorowi kontrolę wyjątków i uzupełnianie materiałów.
System wizyjny w rozwiązaniach DG FlexFeeder
DG FlexFeeder może być częścią stanowiska wykorzystującego system wizyjny do rozpoznawania produktów i sterowania kolejnym etapem automatyzacji.
Rozwiązanie może wspierać:
identyfikację położenia części,
wybór produktu możliwego do pobrania,
rozpoznawanie niewłaściwych elementów,
kontrolę wybranych cech geometrycznych,
współpracę z robotem,
liczenie i pakowanie części.
Zakres funkcji jest ustalany dla konkretnego projektu. Nie każda aplikacja wymaga robota i rozbudowanej kontroli jakości. W prostszych procesach DG FlexFeeder może rozdzielać i liczyć części przed przekazaniem ich bezpośrednio do opakowania.
Jak przygotować próbki do testów?
Do testów warto przekazać produkty reprezentujące naturalną zmienność procesu:
części prawidłowe z kilku partii,
wszystkie istotne warianty,
produkty błędne, które system ma wykrywać,
elementy zabrudzone lub z różnicami powierzchni,
produkty skrajne wymiarowo,
części połączone albo nałożone na siebie,
przykłady wad dopuszczalnych i niedopuszczalnych.
Jeśli system ma wykrywać wadę, należy dostarczyć jej rzeczywiste przykłady. Sztucznie przygotowana próbka może wyglądać inaczej niż niezgodność występująca podczas produkcji.
Potrzebna jest również informacja o wymaganym czasie cyklu, sposobie podawania, liczbie indeksów oraz działaniu, które ma nastąpić po zaakceptowaniu lub odrzuceniu produktu.
Jak ocenić skuteczność systemu?
Test powinien obejmować większą serię produktów, a nie kilka starannie wybranych próbek. Należy policzyć:
prawidłowo zaakceptowane produkty,
prawidłowo odrzucone produkty,
dobre części odrzucone omyłkowo,
niezgodne części zaakceptowane omyłkowo,
przypadki nierozpoznane,
czas analizy i wpływ na cykl,
skuteczność przy różnych partiach produktów.
Przed wdrożeniem warto określić dopuszczalny poziom błędów i sposób obsługi przypadków, których system nie potrafi jednoznacznie ocenić.
Kiedy system wizyjny nie będzie właściwym rozwiązaniem?
System może nie mieć uzasadnienia, gdy:
kontrolowanej cechy nie widać na powierzchni,
produkty są zawsze mechanicznie ustawione w jednej pozycji,
koszt pojedynczej pomyłki jest bardzo niski,
wolumen nie uzasadnia inwestycji,
wada wymaga badania innego niż optyczne,
zmienność produktu jest niemożliwa do jednoznacznego opisania,
operator musi i tak przeprowadzić szerszą kontrolę manualną.
W takich przypadkach lepsza może być kontrola czujnikiem, wagą, pomiarem mechanicznym albo prostsza weryfikacja operatora.
Test systemu wizyjnego z FIGE
FIGE może przeprowadzić testy podawania, orientowania, kontroli i pakowania na rzeczywistych produktach. Projekt może obejmować DG FlexFeeder, system wizyjny, robota, maszynę pakującą, worki oraz druk danych.
Najlepszym początkiem jest określenie jednej konkretnej funkcji, na przykład:
rozpoznanie właściwej orientacji,
odrzucenie innego indeksu,
sprawdzenie obecności elementu,
policzenie produktów,
przekazanie części do robota,
kontrola przed zapakowaniem.
Dopiero po potwierdzeniu skuteczności tej funkcji można dobrać urządzenia i przygotować pełny proces.
Najczęściej zadawane pytania
Co może sprawdzać system wizyjny?
Może oceniać położenie, kształt, kolor, obecność określonych elementów, wybrane wymiary, nadruk i kody. Dokładny zakres zależy od produktu, kamery, oświetlenia i przygotowanego oprogramowania.
Czy kamera wykryje każdą wadę produktu?
Nie. Kamera może wykryć wyłącznie cechy widoczne i przewidziane podczas projektowania kontroli. Wady wewnętrzne albo zasłonięte mogą wymagać innej metody.
Do czego służy system wizyjny przy podajniku elastycznym?
Rozpoznaje położenie i orientację części, a następnie może przekazać współrzędne do robota albo zdecydować, który produkt powinien trafić do dalszego procesu.
Kiedy potrzebny jest system 3D?
Gdy znaczenie ma wysokość produktu, części są ułożone na różnych poziomach albo robot pobiera je bezpośrednio z pojemnika. Przy częściach leżących płasko często wystarcza system 2D.
Czy kontrolę można połączyć z pakowaniem?
Tak. Zaakceptowane części mogą być liczone i przekazywane do maszyny pakującej, a produkty niezgodne odrzucane przed umieszczeniem w worku.
Czy przed wdrożeniem można przeprowadzić test?
Tak. Test na częściach prawidłowych i niezgodnych jest niezbędny do określenia skuteczności kontroli oraz warunków, w których system będzie pracował stabilnie.
