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Sistemas de Visão de Máquina - Introdução para Fabricantes

Os sistemas de visão de máquina são uma consideração primordial para qualquer fabricante que esteja buscando melhorar a qualidade ou automatizar a produção, mas a escolha de sistemas que correspondem aos requisitos de sua aplicação e propriedade pode ser confusa.

O conhecimento dos tipos de sistemas de visão de máquina no mercado e os fatores a considerar ao integrar a visão ajudarão os implementadores a manter os custos baixos e a robustez da inspeção de alta.

Sistemas de visão de máquina podem ser pensados ​​como computadores com olhos que podem identificar, inspecionar e comunicar informações críticas para eliminar erros caros, melhorar a produtividade e aumentar a satisfação do cliente através da entrega consistente de produtos de qualidade.

Principalmente usado para inspeção on-line, os sistemas de visão podem realizar tarefas repetitivas complexas ou mundanas em alta velocidade com alta precisão e alta consistência. Erros ou desvios no processo de fabricação são imediatamente detectados e retransmitidos, permitindo que as modificações de controle sejam feitas na hora de reduzir a sucata e minimizar o tempo de inatividade caro.

Os sistemas de visão também são implantados para tarefas que não são de inspeção, como guia de robôs para escolher peças, colocar componentes, dispensar líquidos ou costuras de solda.

Os sistemas de visão de máquina vêm em todas as formas e tamanhos para atender a qualquer necessidade de aplicação, mas todos têm os mesmos elementos essenciais. Todo sistema de visão de máquina tem um ou mais sensores de imagem que capturam imagens para análise e incluem software e processadores de aplicativos que executam programas ou receitas de inspeção definidos pelo usuário.

Além disso, todos os sistemas de visão fornecerão alguma maneira de comunicar os resultados a equipamentos complementares para controle ou monitoramento do operador. Dito isto, é importante saber que há diferenças significativas e importantes entre os sistemas de visão que tornam um mais adequado do que outro para qualquer aplicativo.

É igualmente importante conhecer e apreciar a importância de escolher o sensor ideal, a iluminação e a óptica para o trabalho. A falha ao fazê-lo pode resultar em rejeições falsas inesperadas, ou pior ainda, falsos positivos.

Sistemas de visão de máquina

Teledyne DALSA Machine Vision Systems

Existem várias variantes de sistemas de visão de máquina no mercado, mas, para o propósito deste artigo, classificamos-os em duas categorias: aqueles com um único sensor embutido (também conhecido como câmeras inteligentes) e aqueles com um ou mais sensores conectados ( sistemas de visão multi-câmera).

A decisão de usar um ou outro depende não apenas do número de sensores necessários, mas também de vários outros fatores, incluindo desempenho, custo de propriedade e ambiente onde o sistema precisa operar.

As câmeras inteligentes, por exemplo, geralmente são projetadas para tolerar ambientes operacionais hostis melhor do que os sistemas multi-camera. Da mesma forma, os sistemas multi-câmeras tendem a custar menos e oferecer maior desempenho para aplicações mais complexas.

Outra maneira de diferenciar as duas classes de sistemas é pensar em termos de requisitos de processamento. Para muitas aplicações, como na fabricação de carros, é desejável ter múltiplos pontos independentes de inspeção ao longo da linha de montagem.

As câmeras inteligentes são uma boa opção, pois são autônomas e podem ser facilmente programadas para executar uma tarefa específica e modificadas, se necessário, sem afetar outras inspeções na linha. Desta forma, o processamento é "distribuído" em várias câmeras.

Da mesma forma, outras partes da linha de produção podem ser mais adequadas para uma abordagem de processamento "centralizada". Por exemplo, não é incomum a inspeção final de algumas montagens exigir sensores 16 ou 32. Neste caso, um sistema multi-câmera pode ser mais adequado, pois é menos oneroso e mais fácil para o operador interagir.

Talvez a consideração mais importante ao selecionar qualquer sistema de visão é o software. As capacidades do software devem corresponder às necessidades de aplicativos, programação e tempo de execução. Se não o fizerem, você vai encontrar-se investindo mais tempo e despesa do que você antecipou ao tentar conformar o sistema com suas expectativas.

Se você é novo na visão de máquina ou se os requisitos da sua aplicação são diretos, você deve selecionar o software que é fácil de usar (isto é, não requer programação), inclui recursos essenciais (por exemplo, correspondência de padrões, descoberta de recursos, código de barras / 2D, OCR) e pode interagir com dispositivos complementares usando protocolos de fábrica padrão.

Se suas necessidades são mais complexas e você está confortável com a programação, você pode procurar um pacote de software mais avançado que ofereça flexibilidade e controle adicionais. Em ambos os casos, verifique se o software que você escolhe está disponível em todas as plataformas do sistema de visão, caso você precise migrar devido a requisitos de inspeção em mudança.

Sistemas de visão de máquina

Fatores de implementação a serem considerados para sistemas de visão de máquina

RESOLUÇÃO DO SENSOR DE IMAGEM

Os sensores de imagem convertem a luz coletada da peça em sinais elétricos. Esses sinais são digitalizados em uma série de valores chamados "pixels" que são processados ​​pelo sistema de visão durante a inspeção. Os sensores de imagem podem ser integrados ao sistema, como no caso de uma câmera inteligente, ou em uma câmera que se conecta ao sistema.

A resolução (precisão) da inspeção depende em parte do número de pixels físicos no sensor. Um sensor VGA padrão possui pixels físicos 640 x 480 (largura x altura), e cada pixel físico é de cerca de 7.4 mícrons quadrados. A partir desses números, a resolução pode ser estimada para suas unidades do "mundo real". Os sensores de imagem utilizados pelos sistemas de visão são altamente especializados e, portanto, mais caros do que dizer, uma webcam.

Primeiro, é desejável ter pixels quadrados físicos. Isso torna os cálculos de medição mais fáceis e mais precisos.

Em segundo lugar, as câmeras podem ser acionadas pelo sistema de visão para tirar uma foto com base em um sinal de inserção.

Em terceiro lugar, as câmeras possuem exposição sofisticada e persianas eletrônicas rápidas que podem "congelar" o movimento da maioria das partes à medida que se deslocam pela linha.

Os sensores de imagem estão disponíveis em diferentes resoluções e interfaces para atender a qualquer necessidade de aplicação. Em muitos casos, vários sensores de imagem são implantados para inspecionar grandes partes ou superfícies diferentes da mesma parte.

SELEÇÃO DA LENTE DO SENSOR

Cada sensor precisa de uma lente que reúne a luz refletida (ou transmitida) da parte que está sendo inspecionada para formar uma imagem no sensor. A lente adequada permite que você veja o campo de visão (FOV) desejado e coloque a câmera a uma distância de trabalho conveniente da parte.

A distância de trabalho é aproximadamente a distância da frente do sensor à parte que está sendo inspecionada. Uma definição mais exata leva em consideração a estrutura da lente e do corpo da câmera.

Considere este exemplo: se uma peça a ser inspecionada for 4 "larga por 2", você precisaria de um FOV que seja um pouco maior do que o 4 ", assumindo que você pode posicionar a peça dentro deste FOV.

Ao especificar o FOV, você também deve considerar a "relação de aspecto" da câmera - a proporção da largura para a visão de comprimento. Os sensores usados ​​com os sistemas de visão geralmente possuem uma relação de aspecto 4: 3, de modo que a parte 4 "X 2" do exemplo corresponderia à dimensão do sensor, mas uma peça 4 "x 3.5" exigiria que uma FOV maior fosse vista na íntegra.

A partir da FOV, da distância de trabalho e das especificações da câmera, a distância focal da lente pode ser estimada. A distância focal é uma maneira comum de especificar lentes e é, em teoria, a distância atrás da lente onde os raios de luz "do infinito" (raios de luz paralelos) são focados.

Comprimentos focais comuns para lentes em visão de máquina são 9mm, 12mm, 16 mm, 25 mm, 35 mm e 55 mm. Quando os cálculos são feitos, a distância focal estimada provavelmente não corresponderá exatamente a nenhum desses valores comuns. Normalmente, nós escolhemos uma distância focal que é próxima e depois ajusta a distância de trabalho para obter o FOV desejado.

A maioria dos fornecedores de visão tem ferramentas que o ajudarão a calcular a lente mais próxima para combinar com sua FOV e distância de trabalho. Existem outras especificações importantes para lentes, como a quantidade e o tipo de distorção óptica que a lente apresenta e quanto a lente pode se concentrar.

FONTE DE ILUMINAÇÃO

O olho humano pode ver bem em uma ampla gama de condições de iluminação, mas um sistema de visão de máquina não é tão capaz. Você deve, portanto, iluminar cuidadosamente a parte que está sendo inspecionada para que o sistema de visão possa claramente "ver" os recursos que você deseja inspecionar. Idealmente, a luz deve ser regulada e constante para que as mudanças de luz observadas pelo sistema de visão de máquina sejam devidas a mudanças nas peças que estão sendo inspecionadas e não mudanças na fonte de luz.

Embora alguns algoritmos de visão possam tolerar alguma variação na luz, uma implementação bem projetada irá remover qualquer incerteza. Ao selecionar uma fonte de luz, o objetivo é "amplificar" os elementos da parte que deseja inspecionar e "atenuar" os elementos que você não se interessa. A iluminação adequada torna a inspeção mais rápida e precisa, enquanto uma iluminação fraca é uma das principais causas da falha na inspeção.

Geralmente, é recomendável evitar o uso da luz ambiente, como a luz aérea, pois isso pode variar ao longo do tempo. As luzes da fábrica podem bater, queimar, escurecer ou ficar bloqueadas. Da mesma forma, se houver janelas perto da estação de inspeção, as mudanças de luz externa podem ter um efeito negativo na robustez do sistema. Selecionar a iluminação adequada requer algum conhecimento e experiência que a maioria dos fornecedores pode fornecer durante a avaliação da aplicação.

PREDICTABLE PART PRESENTATION

É importante considerar como partes serão apresentadas ao sistema de visão para inspeção. Se a parte não for apresentada de forma consistente, você não alcançará o resultado desejado. Portanto, você precisará garantir que a superfície da peça que você deseja inspecionar fique de frente para o sensor em tempo de execução.

Em seguida, você precisará decidir se a peça deve ser inspecionada enquanto estiver em movimento ou estacionada. Se a peça estiver em movimento, o movimento provavelmente precisará ser "congelado" acendendo a luz brevemente ou usando a característica de obturador eletrônico de alta velocidade do sensor (padrão na maioria dos sensores de visão industrial).

Neste caso, você precisará fornecer um gatilho para o sensor para informá-lo quando tirar uma foto. O gatilho normalmente é gerado por um sensor de foto-olho que detecta a borda frontal da peça à medida que ele se move para a área de inspeção. Se a peça estiver estacionada, por exemplo, indexada ou posicionada em frente do sensor por um robô, o sensor pode ser acionado para tirar uma foto de um PLC ou do próprio robô.

Finalmente, se você estiver inspecionando peças em alta velocidade, provavelmente será necessário otimizar o posicionamento parcial para reduzir o tempo de processamento. Tenha em mente ao projetar seu sistema que tudo consome processamento de largura de banda. Então, ao considerar um sistema de visão para inspeção de alta velocidade, você deve tentar determinar qual dos seus requisitos é crítico ou bom de ter.

Armado com conhecimento, suporte e um fornecedor respeitável, o custo da implementação de soluções de visão no piso da fábrica será retornado muitas vezes através de maior qualidade, eficiência de produção e redução de sucata.

Informador de Indústria de Processos

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