Systemy wizyjne dla maszyn

Systemy wizyjne znajdują zastosowanie w coraz większej liczbie maszyn i instalacji produkcyjnych – kontrolują procesy wytwórcze, umożliwiają sortowanie produktów oraz sprawdzanie ich jakości. W dalszym ciągu niedoceniane jest jednak znaczenie oświetlenia w procesie uzyskiwania jakościowych obrazów przez kamery. Firma B&R, oferując zintegrowane systemy wizyjne maszyn, zwraca uwagę właśnie na ten aspekt. 

 „Oświetlenie jest kluczowym elementem każdego systemu wizyjnego" – stwierdza ekspert B&R ds. systemów wizyjnych maszyn, Andreas Waldl. To właśnie od oświetlenia zależy, jak kamera rejestruje obrazy obiektów. Oprócz intensywności świecenia, kąta padania wiązki i długości fali, czynnikami o decydującym znaczeniu są m.in.: precyzyjna synchronizacja systemu i możliwość inteligentnego sterowania. W praktyce możliwości synchronizacji są ograniczone, szczególnie gdy czujniki/kamery wizyjne, oświetlacze, sterownik systemu wizyjnego oraz PLC pochodzą od różnych dostawców. Bez wspólnego protokołu komunikacyjnego wszystkie dane wymieniane między tymi urządzeniami muszą być transmitowane różnymi we/wy i trudno tu o zachowanie  precyzji działania.

SYNCHRONIZACJA JEST WYZWANIEM

Biorąc pod uwagę wszelkie opóźnienia i niedokładności związane z przesyłaniem informacji, okazuje się, że możliwości w zakresie synchronizacji pracy systemów są poważnie ograniczone. Przykładowo bardzo trudno jest spowodować, aby stroboskopowy błysk oświetlacza występował dokładnie w momencie otwarcia przesłony kamery. „Jedyne co możemy zrobić, to wydłużyć czas trwania impulsu stroboskopowego, aby mieć pewność, że 'trafimy' w moment ekspozycji kamery" – wyjaśnia Waldl. To jednak radykalnie może skrócić czas życia diod LED oświetlacza. Aby go wydłużyć, zmniejsza się natężenie światła, co z kolei wymaga stosowania dłuższych czasów naświetlania. W zastosowaniach wymagających dużej szybkości ruchu obiektów, dłuższa ekspozycja może spowodować rozmywanie się obrazów. Inna opcja to wzmocnienie sygnału z sensora kamery. W tym przypadku niepożądanymi efektami są: wyższy poziom szumu i niższa jakość obrazu. To prawdziwie błędne koło!

KOMPLEKSOWE ROZWIĄZANIE I MIKROSEKUNDOWA PRECYZJA

W systemach wizyjnych oferowanych przez B&R zarówno kamera, oświetlacz i ich kontroler są częścią jednego, większego samego systemu sterowania. Zalety takiego rozwiązania są oczywiste: sterowanie oświetleniem oraz systemem automatyki jest zsynchronizowane z dokładnością poniżej mikrosekundy, dzięki czemu impulsy świetlne mogą być bardzo krótkie. Wydłuża to żywotność LED, zapewniając jednocześnie ostry obraz nawet przy bardzo szybko poruszających się obiektach. System gwarantuje również jednolity, powtarzalny rodzaj oświetlenia. Efektem jest wyższa jakość i efektywność produkcji.

DUŻE NATĘŻENIE ŚWIATŁA

Dzięki niezwykle krótkiemu impulsowi stroboskopowemu diody mogą pracować przy prądzie przekraczającym nawet trzykrotnie natężenie znamionowe. B&R jest w stanie zapewnić poziom intensywności niemożliwy do osiągnięcia przy konwencjonalnym oświetleniu ciągłym. Rozwiązanie to ogromnie skraca wymagany czas ekspozycji i zmniejsza widoczny na zdjęciach szum, zapewniając jednocześnie odporność na wpływ światła zewnętrznego.

Łatwo wyobrazić sobie, że wyeliminowanie niekorzystnych warunków oświetleniowych w halach może znacznie poprawić jakość wyników pomiarów i kontroli. Konstruktorzy maszyn mogą osiągnąć ten cel albo umieszczając system pomiarowy w nieporęcznej, kosztownej obudowie, albo właśnie stosując wysokowydajne oświetlenie stroboskopowe.

Gama komponentów oświetleniowych do systemów wizyjnych

Asortyment omawianych rozwiązań firmy B&R obejmuje: listwy i pierścienie świetlne oraz różnego rodzaju podświetlenia. Dostępne są też kamery z nawet 64 wbudowanymi diodami LED.
Każdy oświetlacz ma zintegrowany sterownik stroboskopowy i może emitować światło nawet w czterech różnych kolorach jednocześnie (białe, różne kolory, w tym podczerwień i ultrafiolet). Umożliwia to osiągnięcie prawidłowego kontrastu, koloru i intensywności oświetlenia – zależnie
od potrzeb aplikacji. Uniwersalne listwy diodowe B&R wyposażone są elektroniczną regulację kąta w przedziale od –40° do 90°. Listwy są również dostępne jako wstępnie zmontowane lampy pierścieniowe w zestawach po cztery, sześć lub osiem sztuk. Systemy oświetleniowe B&R mogą być zintegrowane z siecią komunikacyjną maszyny poprzez złącze hybrydowe M12, które zapewnia również zasilanie 24 VDC. Dzięki temu do ich zainstalowania potrzebny jest tylko jeden kabel.
Drugie połączenie hybrydowe umożliwia okablowanie w konfiguracji łańcuchowej z dodatkowymi oświetlaczami lub kamerami.

RÓWNOMIERNE OŚWIETLENIE I AUTOMATYCZNA KOMPENSACJA

Aby wdrożony system wizyjny zapewniał spójne wyniki, obiekty muszą być oświetlane możliwie równomiernie. Można to osiągnąć dzięki inteligentnie zaprojektowanym oświetlaczom. W przypadku systemów B&R każda dioda ma specjalną soczewkę, która zapewnia odpowiednią emisję światła. Oświetlacze są fabrycznie skalibrowane przez B&R, zatem nie ma potrzeby dokonywania ręcznej kalibracji u klienta lub podczas produkcji. O ile wahania temperatury i upływ czasu wpływają na natężenie generowanego światła, o tyle inteligentne oświetlacze B&R automatycznie kompensują te efekty.

ELASTYCZNE ROZWIĄZANIE

„Systemy wizyjne, które wykonują jedną określoną funkcję naprawdę dobrze – to ciągle o wiele za mało" – podkreśla Waldl. W dobie rewolucji przemysłowej 4.0 i przemysłowego Internetu Rzeczy możliwość natychmiastowegoprzestawienia produkcji na inny artykuł staje się czymś oczywistym, a system wizyjny musi taką możliwość uwzględniać. W przypadku w pełni zintegrowanego rozwiązania B&R sprawa jest prosta: wszystkie parametry mogą być przechowywane w recepturach i wprowadzane do programu stosownie do potrzeb. Użytkownik może w dowolnym momencie dostosować kolor światła, czas trwania impulsów stroboskopowych oraz ogniskową, a także czas naświetlania i inne parametry – wystarczy tylko zmienić kilka ustawień. Korzystając z samych komponentów oświetleniowych, można uzyskać zarówno iluminację jasnego i ciemnego pola, zmieniając jedynie parametry.

KOLOR MA ZNACZENIE

Możliwości wykonywania błysków oświetlacza w różnych kolorach są niedoceniane przez wielu konstruktorów. Dzięki doborowi koloru można na przykład podkreślić lub ukryć określone cechy produktu czy jego oznaczenia. Dlatego też B&R oferuje każdy ze swoich oświetlaczy – także tych zintegrowanych z kamerami – w wersjach pozwalających na oświetlanie w czterech różnych kolorach, w tym w podczerwieni i ultrafiolecie. Dzięki temu można wykonać wiele zdjęć produktu w różnych warunkach oświetleniowych, aby uchwycić jego cechy specyficzne. Można je wykonywać w sekwencji tak szybkiej, że do wielu zdjęć wystarczy tylko jedna kamera.

KONFIGURACJA, A NIE PROGRAMOWANIE

Konfiguracja systemu wizyjnego nie wymaga programowania w tradycyjnym rozumieniu tego słowa. Firma B&R opracowała gotowe komponenty programowe, które umożliwiają użytkownikom tworzenie aplikacji metodą drag&drop. Komponenty te można łączyć z innymi np. z obszaru sterowania ruchem, zarządzania użytkownikami, recepturami czy z elementami alarmowymi. Po uruchomieniu są one integralną częścią sieci maszyny, dzięki czemu ich kompleksowa diagnostyka jest dostępna w czasie rzeczywistym. Dzięki temu firma B&R znacząco zmniejszyła koszty ogólne rozwoju aplikacji wizyjnych.

Stefan Hensel