Kombinácia kontroly pomocou systémov snímania a spracovania obrazu, nazývaných aj strojové videnie, spolu s technológiami na identifikáciu sa stali bezprostrednou príležitosťou pre priemyselnú automatizáciu v duchu konceptov Priemyslu 4.0. Vylepšenia strojového videnia zahŕňajú pokročilú analýzu obrazu, robotiku, strojové učenie a 3D videnie, pričom tieto technológie prinášajú potenciál pre množstvo vylepšení – či už priamo v prevádzke priemyselného podniku, alebo v podporných procesoch. To znamená nielen úsporou peňazí, ale aj reálne riešenie problémov v mnohých komplexných výrobných aplikáciách. Vďaka konkurenčnému prostrediu navrhujú výrobcovia tieto svoje produkty v duchu koncepcie Priemyslu 4.0 tak, že ich nasadenie a správa neboli nikdy jednoduchšie.

V súčasnosti sú inteligentné kamery a obrazové snímače, ktoré sa dnes vyvíjajú, kľúčom k vyriešeniu tisícov aplikácií. Vďaka využitiu najnovších technológií pre priemyselné kamery a snímače obrazu sú schopné čítať čoraz menšie kódy, detegovať snímaný objekt vo väčších zorných poliach a na väčšiu vzdialenosť – a to pri dostupnej cene pre všetky priemyselné odvetvia.

3D kontrola

Rastúci dopyt po vyššej kvalite kontroly v rôznych priemyselných odvetviach je vodou na mlyn pre 3D systémy snímania obrazu. Napriek tomu, že v mnohých aplikáciách stačia iba dvojrozmerné kamery a snímače, v rade ďalších aplikácií pri ich použití narazíme na ich hranice. Schopnosť 3D systému pozorovať, kontrolovať a skúmať objekty s hĺbkou ostrosti si získava značnú popularitu v potravinárskych, automobilových, farmaceutických a polovodičových aplikáciách. Pokrok v algoritmoch 3D zobrazovania čoraz viac zlepšuje presnosť a rýchlosť pri rekonštrukcii snímaných objektov, ktoré sú cenné v takých aplikáciách, ako je zber heterogénnych, náhodne poukladaných predmetov. Tento trend naberá na význame obzvlášť v poslednom období, keď sa v dôsledku nutnosti dodržiavania odstupov kvôli opatreniam na zamedzenie šírenia ochorenia COVID-19 systémy snímania a spracovania obrazu čoraz viac uplatňujú na spoločných pracoviskách ľudí s kolaboratívnymi robotmi.

SWIR kamery

Vďaka klesajúcim cenám vyvíjajú systémoví integrátori stále novšie systémy kontroly založené na krátkovlnných infračervených (SWIR) riadkových kamerách. Kamery SWIR nie sú novinkou, ale vďaka pokroku v senzorovej technológii sú v poslednom čase praktickejšie v aplikáciách vrátane kontroly kremíka, profilových laserových skenerov, hyperspektrálneho snímania obrazu, snímania chemikálií a plastov a snímania a spracovania obrazu v lekárskych aplikáciách. Spektrum SWIR – vlnová dĺžka v rozpätí 900 a 2 500 nm – deteguje vlastnosti či anomálie, ktoré nie sú vo viditeľnom svetle bezprostredne zrejmé. Táto technológia je obzvlášť účinná pri kontrole potravín, ktorá zahŕňa detekciu vlhkosti, napríklad pri oddeľovaní mrazeného ovocia od plastových kúskov, ktoré sa môžu primiešať, alebo pri identifikácii obsahu tuku v mäse.

CoaXPress v2.0

Aktuálna verzia CoaXPress, CXP v2.0, zdvojnásobila šírku pásma predchádzajúcej generácie na 10 Gbps (CXP-10) a 12,5 Gbps (CXP-12) na jeden vodič a má sa stať de facto štandardom v rámci rozhrania na vysokorýchlostný prenos strojového videnia. V najbližšom období budú systémoví integrátori využívať CoaXPress v2.0, najmä CXP-12, na vysokorýchlostnú kontrolu polovodičov, spotrebnej elektroniky, automobilových súčiastok a v iných aplikáciách. CXP v2.0 sa rýchlo presúva aj do letectva a inteligentného monitorovania dopravy, pretože tieto odvetvia sa už dlho spoliehajú na koaxiálny kábel. Novšie, cenovo dostupnejšie zásuvné komunikačné karty na digitalizáciu obrazu (frame grabber) CoaXPress s jedno- alebo dvojvodičovým vyhotovením prinášajú CXP-12 aj do menších aplikácií, ktoré predtým používali rozhranie CameraLink, USB 2.0 a GigE Vision.

Zabudované systémy

Ďalším míľnikom zabudovaného videnia bude využitie hĺbkového učenia, a to vďaka výkonnejším technológiám FPGA, ktoré otvárajú príležitosti na zrýchlenie výpočtovo náročných aplikácií strojového videnia a algoritmov neurónových sietí v zabudovaných zariadeniach. Integrovaný systém videnia je spojením kamery inštalovanej na doske plošných spojov a dosky na spracovanie, ktorá funguje ako miniaturizovaný počítač. Tento prístup „všetko v jednom“ je čoraz populárnejšou alternatívou k riešeniam na spracovanie obrazu na báze PC, najmä v aplikáciách s obmedzenými priestorovými možnosťami, kde sú dôležité malé rozmery, nízka spotreba energie a nízke náklady. Vďaka prepojeniu novej generácie zabudovaných systémov strojového videnia s algoritmami hĺbkového učenia do systémov a produktov získajú výrobné podniky prístup k pokladnici cenných údajov, ktoré im umožnia nadobudnúť nové poznatky, predstaviť si nové aplikácie a zlepšiť existujúce výrobné procesy.

Roboty navádzané strojovým videním

Vypuknutie ochorenia COVID-19 ešte viac znásobilo rast počtu robotov navádzaných strojovým videním (vision guided robots – VGR), ktoré v mnohých pracovných prostrediach umožňujú eliminovať kontakt s ľuďmi. VGR účinne rieši aj ďalšie výzvy, ako je starnutie populácie a rastúce náklady na pracovnú silu. Roboty vybavené strojovým videním začínajú nachádzať uplatnenie v rôznych oblastiach, ako je kontrola vzhľadu či rozmerov, počítanie, vychystávanie a polohovanie. Hlavnou hybnou silou, ktorá tento trend poháňa, je prechod z 2D na 3D strojové videnie, ktoré generuje oveľa bohatšie údaje vo všetkých troch smeroch, vďaka čomu je tento prístup ideálny pri komplexných úlohách zvládajúcich rôzne tvary a orientácie predmetov. Ďalšou novou technológiou je vizuálna simultánna lokalizácia a mapovanie (VSLAM). Ide o metódu autonómnej navigácie v neznámom prostredí mapovaním okolitej oblasti so súčasným zisťovaním polohy vozidla. Táto metóda sa spolieha na to, že kamery zachytávajú obrovské množstvo údajov, ktoré na ich prenos do nadradeného počítača vyžadujú vysokorýchlostné rozhrania, ako sú zásuvné karty pre digitalizáciu obrazu na báze CoaXPress a PCIe.

Vzostup tekutých šošoviek

Tekuté šošovky ponúkajú v priemyselných aplikáciách široké spektrum výhod oproti tradičným šošovkám. Rovnako ako konvenčné optické šošovky, aj kvapalné šošovky sú jednoduché optické prvky, ale sú zložené z optického kvapalného materiálu, ktorý môže meniť svoj tvar. Pokrok, ktorý sa v poslednom období udial v technológiách tekutých šošoviek, posunul ich možnosti za hranice inteligentných senzorov a inteligentných kamier. Tekuté šošovky sa teraz používajú v rôznych aplikáciách vrátane digitálnej fotografie, snímania a spracovania obrazu v priemyselných aplikáciách, čítania čiarových kódov, získavania biometrických údajov a ďalších.

Koncepcie Priemyslu 4.0 sú postavené na rozširovaní a zdokonaľovaní automatizácie. Inteligentné kamery a obrazové snímače kombinujú schopnosť zbierať údaje v reálnom čase a prijímať adekvátne rozhodnutia. Tým nielenže ušetria čas a peniaze, ale stanú sa aj mimoriadne dôležitými nástrojmi na zvyšovanie spoľahlivosti výroby a bezprecedentnej kontroly kvality vo výrobe. Kombináciou technológií strojového videnia a čítania čiarových kódov v jednom jednoduchom zariadení môžu koncoví používatelia zjednodušiť nároky spojené s ich inštaláciou, ušetriť náklady a hlavne mať jasný prehľad o svojom výrobnom procese.

Technológie snímania a spracovania obrazu sa stanú súčasťou investícií do inteligentných riešení, ktoré podnikom pomôžu udržať sa alebo presadiť sa na rastúcich globálnych trhoch. Moderné riešenia strojového videnia budú čoraz častejšie nachádzať svoje uplatnenie v konkrétnych procesoch, napr. pri kontrole integrovaných obvodov, orientácie súčiastok, spájkovacích miest, zarovnania štítkov, vŕtaných otvorov, detekcii kazov či kontrole farby a chýb. Tým sa otvárajú úplne nové možnosti na automatizáciu procesov kontroly a reálne uplatnenie konceptov Priemyslu 4.0.

Zdroje

[1] Key Machine Vision Trends for 2021 and Beyond, BitFlow, Inc. [online]. Publikované 17. 12. 2020.

[2] Kumar, V.: Top 10 machine vision trends that will rule in 2021. [online]. Publikované 18. 1. 2021. 

[3] Nelson, A.: Machine Vision Trends for Today’s Industrial Age. [online]. Publikované 26. 11. 2020.