Keďže základom normy sú siete založené na ethernete, proprietárne rozhrania budú zrušené v prospech všeobecných rozhraní. Spracovanie obrazu poskytuje dôležité údaje o objektoch v sieti, ktoré slúžia na zabezpečenie kvality alebo ďalšie sledovanie, a tiež údaje o procesoch, ktoré pomáhajú pri riadení a optimalizácii výroby. Špecifikácia OPC UA Companion Vision (skrátene OPC Machine Vision) poskytuje všeobecný informačný model pre všetky vizuálne systémy – od jednoduchých vizuálnych senzorov až po komplexné systémy na kontrolu.
Jednoducho povedané, definuje podstatu akéhokoľvek vizuálneho systému, ktorý nemusí byť nevyhnutne „strojovým“ vizuálnym systémom. OPC Machine Vision je akceptovaná a oficiálne podporovaná sprievodná špecifikácia OPC UA pre vizuálne systémy nadáciou OPC Foundation.
Cieľom nie je len doplniť alebo nahradiť existujúce rozhrania medzi vizuálnym systémom a jeho procesným prostredím pomocou OPC UA, ale skôr vytvoriť neexistujúce horizontálne a vertikálne integračné schopnosti na komunikáciu relevantných údajov s ostatnými oprávnenými účastníkmi procesu, napr. až na úroveň podnikového IT. Možné je postupné zavádzanie OPC Machine Vision s koexistujúcimi inými rozhraniami (obr. 1) [3].
Výhodou je kratší čas uvedenia na trh vďaka zjednodušenej integrácii, všeobecná použiteľnosť a škálovateľnosť a lepšie vnímanie zákazníkmi vďaka definovanej a konzistentnej sémantike. Konkrétny príklad: OPC Machine Vision umožňuje, aby strojové videnie komunikovalo s celou továrňou a nielen s ňou.
Vizuálny systém v tomto prípade chápeme ako akýkoľvek systém, ktorý je schopný zaznamenávať a spracovávať digitálne obrazy alebo toky videa zvyčajne s cieľom získať z týchto údajov informácie. Výstupom systému videnia môžu byť akékoľvek obrazové informácie, napríklad merania, výsledky kontroly, údaje o riadení procesu či navádzaní robota. Základný koncept OPC Machine Vision je rozdelený na niekoľko častí (obr. 2) [3].
Časť 1 obsahuje základnú špecifikáciu a opisuje vrstvu infraštruktúry, ktorá poskytuje základné služby všeobecným spôsobom. V časti 2 je rozšírený o informácie týkajúce sa správy aktív a monitorovania stavu. Poskytuje parametre identifikácie a monitorovania stavu komponentov, ktoré tvoria systém strojového videnia.
OPC Machine Vision, časť 1 opisuje abstrakciu všeobecného vizuálneho systému, t. j. reprezentáciu takzvaného digitálneho dvojčaťa systému. Rieši správu predpisov, konfigurácií a výsledkov štandardizovaným spôsobom, zatiaľ čo obsah zostáva špecifický pre dodávateľa a zaobchádza sa s ním ako s čiernymi skrinkami (obr. 3) [3]. Umožňuje riadenie vizuálneho systému zovšeobecneným spôsobom, pričom abstrahuje potrebné správanie prostredníctvom koncepcie stavového stroja. Táto špecifikácia definuje VisionSystemType, ktorého inštancia slúži ako vstupný bod do funkčného zobrazenia systému strojového videnia (obr. 4) [3].
OPC Machine Vision, časť 2 sa týka prípadov použitia správy aktív a monitorovania stavu. V prípade použitia správy aktív je jednou z najdôležitejších požiadaviek úspešná identifikácia samotného aktíva. V tomto prípade sa za aktíva považujú aj komponenty, ktoré tvoria systém strojového videnia (napr. výpočtové zariadenia, objektívy, zobrazovacie jednotky).
Prípad použitia monitorovania stavu tvorí základ pre obchodné prípady, ako je prediktívna a preventívna údržba. Preto sa v časti 2 definujú aj parametre pre identifikované komponenty systému strojového videnia, ktorých monitorovanie a analýza nám môžu poskytnúť užitočné informácie potrebné na údržbu a diagnostiku systému a jeho komponentov.
Táto špecifikácia zavádza VisionSystemAssetType, ktorého inštancia poskytuje ďalší vstupný bod do vnútornej štruktúry systému strojového videnia. VisionSystemAssetType predstavuje skladbu systému strojového videnia, t. j. ukazuje, ktoré komponenty a stroje spolu vytvárajú systém strojového videnia (obr. 4) [3].
Integrácia spracovania obrazu a automatizácie výroby
OPC Vision je navrhnutý s ohľadom na požiadavky stále rýchlejších a neustále sa meniacich výrobných procesov. Predstavuje míľnik pre koncepciu Industry 4.0. V budúcnosti sa výrazne znížia investície do integrácie spracovania obrazu vo výrobe a bude možné zmierniť latenciu pri požiadavkách na tvrdý reálny čas, čo znamená zrýchlenie výroby pri nižších nákladoch.
Predtým medzi týmito dvoma svetmi neexistovala žiadna softvérová vrstva – ani na identifikáciu a kontrolu dostupných komponentov, ani na komunikáciu zariadení alebo výmenu výsledkov meraní. Integráciou spracovania obrazu do riadenia strojov (PLC) vznikajú nové možnosti samooptimalizácie výrobných procesov, individualizovaných výrobkov a priameho prepojenia údajov zo spracovania obrazu s údajmi z bežných snímačov, ako sú teplota, tlak atď.
Prevádzkové a informačné technológie budú úzko prepojené (obr. 5). Takto bude napríklad riadenie procesov kontrolovať zariadenia na spracovanie obrazu a upravovať ich, ak sa výrobná linka prestaví na iný typ výrobku. Alebo ak sa vymení osvetlenie a systém spracovania obrazu sa nanovo nastaví, systém to nahlási do PLC. Jednotlivé kroky sa kontrolujú samy a nemusia sa monitorovať všetky.
Pomocou OPC Vision sú kamery a PLC súčasne programovateľné prostredníctvom OPC UA. Bežná situácia pri výrobe jednotlivých dielov je, že PLC informuje systém spracovania obrazu odoslaním štartovacieho signálu o príchode nového dielu. Čaká, kým systém spracovania obrazu neodpovie s výsledkom, t. j. informáciou o kvalite (prešiel/neprešiel), nameranou hodnotou (veľkosť) alebo informáciou o polohe (súradnice x a y, rotácia, prípadne súradnice z alebo úplná poloha v 3D systéme), pričom práca na diele pokračuje.
Rozhranie opísané v špecifikácii OPC Vision môže koexistovať s existujúcimi rozhraniami, ako sú digitálne vstupy/výstupy, priemyselné zbernice a priemyselné ethernetové systémy, a ponúka ďalší pohľad na systém spracovania obrazu. Alebo sa môže použiť ako jediné rozhranie systému v závislosti od požiadaviek danej aplikácie. Ak je potrebný prenos s deterministickým reálnym časom, zapína sa voliteľná sieť TSN (Time-Sensitive Networking), čím sa OPC UA prenáša cez TSN.
Pri spracovaní obrazu by sa TSN mala prijať na gigabitovom ethernete (GigE). Presným nastavením polohy robota, napríklad vzhľadom na získaný obraz, sa poskytuje priamy prístup k riadeniu pohybu robota. Vďaka všeobecnému informačnému modelu a stavovému stroju s definovanou a konzistentnou sémantikou je teraz integrácia systémov na spracovanie obrazu do existujúcich automatizačných systémov výrazne zjednodušená (obr. 6).
OPC Vision umožňuje zrýchlený vývoj a konfiguráciu systémov videnia vďaka všeobecnej použiteľnosti a škálovateľnosti. Špecifikácia uľahčuje ich integráciu do zariadení, ovládacích prvkov, rozhraní človek – stroj a softvérového prostredia, čo v konečnom dôsledku znamená rýchlejšiu dostupnosť na trhu a implementáciu nových aplikácií. Na implementáciu alebo používanie už nie sú potrebné odborné znalosti.
Hardvér možno šetriť používaním inteligentných kamier s integrovanými senzormi, optikou, osvetlením, procesormi a zdrojmi napájania. Na nastavenie celého systému a jeho integráciu s rôznymi snímačmi sú stále potrební systémoví integrátori. Zabudované systémy spracovania obrazu v kombinácii so štandardmi OPC Vision a zabudovanými štandardmi GenICam budú silne integrované do prostredia Industry 4.0 a v budúcnosti budú zohrávať kľúčovú úlohu.
VDMA Machine Vision
VDMA zastupuje viac ako 3 200 prevažne malých a stredných členských spoločností v strojárskom priemysle, čím sa stáva jedným z najväčších a najdôležitejších priemyselných združení v Európe. VDMA Machine Vision ako súčasť združenia VDMA Robotics + Automation združuje viac ako 115 členov: spoločností ponúkajúcich systémy a komponenty strojového videnia (kamery, optiku, osvetlenie, softvér atď.).
Cieľom tejto priemyselne orientovanej platformy je podporovať priemysel strojového videnia prostredníctvom širokého spektra činností a služieb, ako je štandardizácia, štatistika, marketing, vzťahy s verejnosťou, veľtržná politika, sieťové podujatia a zastupovanie záujmov. Ako člen dohody G3 spolupracuje VDMA Machine Vision v oblasti normalizácie s ďalšími medzinárodnými združeniami strojového videnia, ako sú AIA (USA) [7], CMVU (Čína) [8], EMVA (Európa) [9], JIIA (Japonsko) [10] (obr. 7) [6].
Zdroje
1. VDMA: VDMA. [online]. Citované 31. júla 2024 .
2. OPC Foundation: OPC Foundation. [online]. Citované 31. júla 2024.
3. VDMA: Machine Vision. [online]. Citované 31. júla 2024.
4. Silicon Software: OPC UA Companion Specification Vision Part 1 Adopted. [online].
5. OPC Foundation: OPC 40100-2: Machine Vision – Asset Mgmt and Condition Monitoring. [online]. Citované 31. júla 2024.
6. Faath, A.: VDMA Overview of activities and companion specs. [online]. Citované 31. júla 2024.
7. Association for Advancing Automation: Vision & Imaging. [online]. Citované 31. júl 2024.
8. CMVU: CHINA MACHINE VISION INDUSTRY ALLIANCE. [online]. Citované 31. júla 2024.
9. EMVA – European Machine Vision Association: The European Machine Vision Association EMVA. [online]. Citované 31. júla 2024.
10. JIIA: Japan Industrial Imaging Association. [online]. Citované 31. júla 2024.
doc. Ing. Oto Haffner, PhD.
Slovenská technická univerzita v Bratislave
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Ústav automobilovej mechatroniky
oto.haffner@stuba.sk