Zwiększają się inwestycje w maszynowe systemy wizyjne

Wciągu najbliższych 12 miesięcy możemy się spodziewać zwiększonych nakładów inwestycyjnych na technologie wizyjne maszyn łatwiejsze w uruchamianiu i stosowaniu, charakteryzujące się niższymi kosztami oraz zwiększoną różnorodnością zastosowań.

Takie właśnie stwierdzenia znalazły się wśród odpowiedzi udzielonych na ankietę przeprowadzoną poprzez e-mail oraz stronę sieci Web wśród prenumeratorów Control Engineering, którzy wcześniej deklarowali, że zajmują się wybieraniem, rekomendowaniem i/lub kupowaniem systemów wizyjnych do maszyn. Ankieta została przeprowadzona w styczniu 2004 roku przez Control Engineering wspólnie z Reed Research Group (należacą współnie do Reed Business Information).

Przedstawiona w artykule analiza została sporządzona w oparciu o 172 wypełnione ankiety. Wśród naszych Czytelników, którzy wybierają, rekomendują lub dokonują zakupów produktów do systemów wizyjnych maszyn, 74% robi to na potrzeby wewnątrzzakładowe, a 34% dla oryginalnych producentów urządzeń (OEM). W ankiecie przeprowadzonej w kwietniu 2003 roku proporcje te wyglądały nieco inaczej, i wynosiły odpowiednio 61% oraz 23%. Respondenci ankiety reprezentują 26 różnych gałęzi przemysłu.

Dwie trzecie respondentów wykorzystuje systemy wizyjne maszyn do celów kontrolnych.Wśród innych wymienianych typowych zastosowań (patrz tabela) znalazły się następujące zastosowania: odczytywanie kodów, urządzenia – roboty, wykonywanie pomiarów, sterowanie ruchem oraz maszyny pakujące.

Komentując różnorodność zaprezentowanych zastosowań, Mark Sippel, menedżer do spraw produktów wizyjnych w firmie Omron Electronics, mówi: – Omron dostarcza uniwersalne aplikacje systemów wizyjnych maszyn, jak również „specjalistyczne narzędzia kontrolne” służące do klasyfikacji, sortowania, wykrywania niedoskonałości w grafikach etykiet, wymiarowania kontrolnego części, wykrywania niedoskonałości powierzchni, wykrywania zarysowań oraz raportowania kodu. Charakterystyki sprzętowe obejmują rotacyjne poszukiwanie etykiet w czasie rzeczywistym lub wyrównywanie pozycji obiektu. Wiele tych systemów działa w aplikacjach przemysłowych takich branż, jak: opakowalnictwo, elektronika, przemysł motoryzacyjny czy farmaceutyczny.

Dla profesjonalistów zajmujących się automatyka przemysłową podczas dokonywania wyboru produktu z zakresu systemów wizyjnych maszyn najważniejszym czynnikiem jest wydajność. Z trzech najważniejszych kryteriów dwa pozostałe to: kompleksowość rozwiązania (łącznie z oprogramowaniem) oraz atwość użycia.

– Niektóre aplikacje wymagają możliwości wizyjnych maszyn, takich jak bezpośrednia identyfikacja oznakowania danej części przy zastosowaniu kodów macierzowych 2D, które są naniesione poprzez wytłaczanie, oznaczone laserowo, wytrawione elektrochemicznie lub nadrukowane przez drukarkę atramentową na danej części – mówi Carl Gerst, menedżer do spraw identyfikacji produktów w firmie Cognex. Bezpośrednie znakowanie części, nazywane również identyfikacją przemysłową (industrial ID) staje się niezbędne w coraz większej liczbie gałęzi przemysłu, gdzie numer seryjny na części musi przetrwać cykl życia produktu – mówi. Reagując na to zapotrzebowanie, firma Cognex utworzyła ostatnio grupę produktów identyfikacyjnych (ID) i wykupiła zajmującą się systemami wizyjnymi maszyn firmę Gavitec w celu poszerzenia swojego udziału na rynkubezpośredniego odczytywania znakowania produktów – dodaje. Pierwszym produktem powstałym w obrębie nowego przedsięwzięcia jest podręczny czytnik o nazwie Data Man 6400.

Połowa respondentów ankiety zadeklarowała, że realizowany przez nich proces zakupów zwiększy się w ciągu najbliższych 12 miesięcy; kolejne 42% powiedziało, że poziom zakupów zostanie utrzymany. W porównaniu z wynikami poprzedniej ankiety, w której 33% respondentów spodziewało się zwiększonych zakupów a 62% oczekiwało, że utrzymają się one na takim samym poziomie, w roku bieżącym poziom optymizmu zdecydowanie wzrósł.

Atrakcyjne ceny oraz większy zestaw oferowanych cech przyczyniają się do rozwoju systemów wizyjnych. Na przykład urządzenie firmy DVT o nazwie Legend 510, inteligentna kamera CMOS, kosztuje w detalu poniżej 2000 USD, łącznie z oprogramowaniem, szkoleniem oraz wsparciem diagnostycznym wykonywanym przez sieć. 510-tka radzi sobie z wymagającymicymi aplikacjami za cenę niższą od ceny jakiegokolwiek dostępnego obecnie systemu wizyjnego „inteligentnej kamery” – utrzymuje Bob Steinke, główny dyrektor zarządzający i prezes firmy DVT.

 

SYSTEMY WIZYJNE MASZYN – PRODUKTY

Najnowszy model kamery DVT

System wizyjny firmy DVT Legend XE jest wyposażony w metalową obudowę, która jest odpowiednia do pracy w środowiskach podlegających FDA (Food and Drug Administration). Model kamery Legend XE zawiera kamerę model 550. Nowa kamera wykorzystuje mikroprocesor DSP Texas Instruments oraz jest wyposażona w większą ilość pamięci. Nowa kamera jest ośmiokrotnie szybsza od najszybszego dotąd modelu kamery DVT Legend 540.

 Nowa kamera DVT osiągnęła współczynnik IP 68. Jest odporna na takie czynniki (powszechnie występujące w przemyśle spożywczym) jak kurz, mycie oraz jest zabezpieczona przed korozją.

W odróżnieniu od innych systemów wizyjnych przeznaczonych do pracy w trudnym środowisku, obudowa kamery DVT Legend XE jest prawie pozbawiona zagięć i brzegów, w których mogłyby zbierać się resztki żywności, stanowiąc pożywkę dla bakterii. Dzięki temu kamerę łatwo myć i czyścić.

Zastosowanie systemów wizyjnych DVT zwiększa tempo produkcji, dając jednocześnie stuprocentową pewność poprawności przeprowadzonych inspekcji. Uniwersalność Inteligentnych Czujników Obrazu stwarza wiele możliwości wykorzystania ich w systemach automatyzacji procesów przemysłowych. Rozbudowane opcje komunikacji (Ethernet TCP/IP, RS-422, Modbus) dają szerokie możliwości kontroli i wizualizacji procesów przemysłowych, czyniąc krok naprzód w kierunku Inteligentnych Fabryk.

 Dystrybutorem na polskim rynku amerykańskiego producenta systemów wizyjnych DVT Corporation jest firma SKK. SKK z Krakowa przeprowadza bezpłatne szkolenia dla swoich obecnych i przyszłych klientów z zakresu wykorzystania Inteligentnych Kamer DVT. Po takim szkoleniu uczestnicy nabywają umiejętności tworzenia własnych aplikacji w oparciu o systemy wizyjne DVT.

www.skk.com.pl

 

Najmniejszakamera cyfrowa

Keyence CV-2100 to najnowsze urządzenie technologii wizyjnej o wysokiej prędkości; unikalny, scalony system wizyjny łączący najmniejszą cyfrową kamerę przemysłową z niezrównaną wydajnością i elastycznością – jak podaje producent. System jest wyposażony w przetwarzanie statystyczne, które jest podobno najprostszym interfejsem użytkownika na świecie (bez potrzeby stosowania PC), a które pozwala na szybką integrację bez ponoszenia kosztów związanych z traconym czasem przestoju linii produkcyjnych. Osiągane prędkości dochodzą do 20000 części/min, powtarzalność inspekcji mieści się w zakresie +/- 0,05 pikseli.

www.keyence.com

Keyence Corp. of America

 

Uproszczone oświetlenie dla systemów wizyjnych

Firma Omron wspólnie z CCS America przygotowa ły system o nazwie CCS Intelligent Lighting Adapter (ILA), zawierające oświetlenie, zasilacze oraz szeroką gamę sterowanych diod świecących LED do czujników wizyjnych firmy Omron z serii F. Uproszczono wykonywanie ustawień oraz wymianę. Poprzez podłączanie CCS ILA do Omronowskiej kamery serii F oraz cyfrowego zasilacza z serii CCS PD udaje się zaoszczedzić dodatkowo czas. Do wyboru jest ponad dwieście opcji oświetleniowych CCS LED oraz opcji podłączania zasilaczy. Intensywność oraz kąt padania promieni świetlnych ustawia się przy użyciu oprogramowania sterowników serii F. Wykonane ustawienia są zapisywane w programie i powtarzalne w celu zmiany prędkości przy kontrolowaniu różnych produktów. Istnieją aż 64 poziomy oświetlenia i aż cztery regulowane światła na kamerę i zasilacz.

www.info.omron.com/Products-lights.shtm

Omron Electronics

 

Mądrzejszy od „inteligentnej kamery”

Firma National Instruments wprowadziła najnowszą wersję Compact Vision System CVS-1456. Inżynierowie mogą teraz uruchamiać bardziej złożone aplikacje przetwarzające obrazy, które wymagają dużej liczby klatek na sekundę i złożonych algorytmów. Nowy NI CVS-1456 zapewnia o 83% większą prędkość przetwarzania danych i osiem razy większą pamięć niż oryginalna wersja Compact Vision System zaprezentowana w czerwcu 2003 roku.

Dzieki zwiększeniu mocy przetwarzania danych w CVS-1456 naukowcy i inżynierowie mogą teraz przyspieszyć inspekcje w laboratoriach lub w fabrykach, poprzez szybsze wykonywanie zaawansowanego przetwarzania obrazów, jak szukanie wzorca i rozpoznawanie znaków. Poprzez wykorzystanie 256 MB wbudowanej nieulotnej pamięci Flash inżynierowie i naukowcy mogą przechowywać większe obrazy w CVS-1456 do późniejszej analizy.

Również przez kombinację systemu CVS-1456 lub wcześniejszego wydania systemu CVS-1455 z nowym modułem NI LabVIEW 7.1 FPGA inżynierowie mogą kompletnie przekonfigurować 29 cyfrowych linii I/O w swoich Compact Vision System. Z takimi możliwościami inżynierowie mogą użyć Compact Vision System do szerokiej gamy zróżnicowanych aplikacji, m.in. do inspekcji systemów pakujących, weryfikacji montażu i kontroli robotów.

– Z oryginalnym Compact Vision System inżynierowie mogli uruchamiać ograniczone czasowo algorytmy, używając NI LabVIEW Real-Time w swoich aplikacjach kontroli obrazu – powiedział John Hanks, dyrektor ds. marketingu systemów pomiarowych National Instruments. – Teraz, wraz z niedawnym wydaniem nowej wersji modułu LabVIEW 7.1 FPGA inżynierowie mogą modyfikować cyfrowe linie I/O w swoich Compact Vision System, aby przeprowadzać zadania takie, jak krokowa kontrola ruchu, złożone systemy komunikacyjne i inteligentne sortowanie części. W przeszłości taki poziom elastyczności wymagał programowania układów FPGA z projektowaniem w języku VHDL.

Inżynierowie mogą również użyć LabVIEW 7.1 do przechowywania dużych ilości danych i obrazów na dyskach twardych IEEE 1394 (FireWire) podłączonych bezpośrednio do Compact Vision System w aplikacjach monitorujących i systemach bezpieczeństwa. Mogą przechowywać setki gigabajtów obrazów do późniejszej analizy i kontroli jakości lub do rejestracji wszystkich zdjęć zebranych w czasie pracy.

Inżynierowie mogą użyć NI Compact Vision System do budowania aplikacji wykorzystujących wiele kamer bez konieczności rozdzielania jednostek wykonawczych, oszczędzając czas i pieniądze. NI Compact Vision System posiada trzy porty FireWire do podłączenia różnych sensorów optycznych. Inżynierowie mają możliwość wybrania z ponad 80 kamer IEEE 1394. System może być łatwo zainstalowany w surowym środowisku przemysłowym i przez to jest idealny do aplikacji nadzorczych, ustawiających, mierzących oraz identyfikujących. NI Compact Vision System może wytrzymać temperatury z zakresu od 0 do 55° Celsjusza oraz drgania i wibracje do 50G. Produkt nie zawiera żadnych ruchomych elementów, wentylatorów czy zewnętrznych przewodów.

National Instruments

www.ni.com/vision

www.ni.com/poland

 

Jakościowe przyczyny inwestowania w systemy wizyjne maszyn; główni dostawcy

Przeprowadzone w roku 2004 badanie dotyczące systemów wizyjnych, wymienione w głównej części artykułu, wykazuje pewne trendy dodatkowe, występujące w aplikacjach przemysłowych, a uwzględniające związane z nimi technologie.

 

Zwrot w ciągu miesięcy

56% tych, którzy wybierają, rekomendują lub kupują produkty z dziedziny systemów wizyjnych maszyn, uważa, że nie są one zbyt drogie lub nadmierne skomplikowane do wdrożenia, co wygląda podobnie jak wyniki ubiegłorocznej ankiety. – To dziwne – mówi Joshua P. Jelonek z firmy Keyence Corp. of America, inżynier do spraw aplikacji, który spodziewał się jeszcze większego procentu zadowolenia. – Systemy wizyjne zazwyczaj zwracają się w ciągu miesięcy, ponieważ przyczyniają się do zwiększonej wydajności, redukcji odpadów lub do wyeliminowania reklamacji klientów. W przeszłości system wizyjny mógł kosztować do 100 000 USD, a jego zaprogramowanie i wdrożenie ciągnęło się miesiącami. Ale przy dzisiejszych, nowoczesnych technologiach firmy mogą kupić pakiet wizyjny za ok. 5000 USD i uruchomić go nie w ciągu miesięcy, ale kilku dni.

     Pięć mitów dotyczących tanich, gotowych zestawów rozwiązań z zakresu maszynowych systemów wizyjnych

 

     Mit 1: Wszystkie tanie, gotowe zestawy rozwiązań z zakresu maszynowych systemów wizyjnych są w zasadzie takie same.
Ponieważ każda kategoria oferujeróżne poziomy funkcjonalności, inny sposób użycia oraz charakteryzuje się inną ceną, to użytkownicy muszą określić, czego potrzebują. Czy jest to rozwiązanie proste, ale mniej elastyczne, takie jak czujnik pikseli, czy urządzenia wizyjne do wykonywania konkretnego zadania lub może bardziej wyrafinowane, elastyczne czujniki i systemy wizyjne, które trudniej ustawiać.

 

     Mit 2: Każdy użytkownik może błyskawicznie uruchomić każdy produkt.

Podczas gdy użytkownicy końcowi zazwyczaj potrafią ustawić czujnik pikseli czy urządzenie wizyjne bez pomocy z zewnątrz, zintegrowane czujniki i systemy wizyjne prawie zawsze wymagają pomocy integratora systemowego, chyba że użytkownik końcowy ma bogate doświadczenie w opracowywaniu i stosowaniu maszynowych systemów wizyjnych.

 

     Mit 3: Drogie rozwiązania zintegrowane zawsze pozostaną najlepszym rozwiązaniem każdego problemu wizyjnego.
Zdecydowanie nie! O wyborze rozwiązania powinny decydować konkretne wymagania każdej aplikacji, jak również to, kto będzie posługiwał się maszynowym systemem wizyjnym.

 

     Mit 4: Wszystkie rozwiązania w postaci gotowych zestawów są kompletne.

Niektóre produkty stanowią zwartą całość, ale niektóre czujniki pikseli i urządzenia (jak również większość czujników i gotowych zestawów) oferują możliwość wybrania: kamery/czujnika, pakietów programowych, oświetlenia, modułów I/O oraz opcji łączenia w sieć. Należy mieć świadomość, że podane ceny tych produktów albo nie będą uwzględniać elementów dodatkowych, albo będą reprezentować najtańszą konfigurację.

 

     Mit 5: Wszystkie systemy gotowych zestawów mają przyjazne dla użytkownika interfejsy.
Producenci mogą tak twierdzić, ale to przecież doświadczenie użytkownika w zakresie maszynowych systemów wizyjnych i pracy z komputerem określa prawdziwą „przyjazność” każdego systemu. Użytkownicy muszą zapoznać się z wersją demonstracyjną, aby ustalić, czy jest ona przyjazna dla użytkownika.

Steve Geraghty, dyrektor firmy ipd, będącej oddziałem Coreco Imaging

 

– Nasze trzy główne cele dotyczące systemów wizyjnych – mówi Dan Holste, menedżer do spraw rozwoju produktów wizyjnych w firmie Banner Engineering – to łatwość użycia, cena oraz wydajność. – Banner PresencePlus Pro wychwytuje i analizuje obrazy przy użyciu jednego lub większej liczby narzędzi wizyjnych w celu wygenerowania wyników podobnych jak w większych, bardziej skomplikowanych i droższych systemach wizyjnych. Oparte na PC oprogramowanie do ustawiania systemu jest darmowe, podobnie jak szkolenia (jeśli są potrzebne) – dodaje Holste.

 

Dla 5% są trudne

Jeśli chodzi o utrudnienia na drodze wdrażania systemów wizyjnych, 46% respondentów uznało ograniczenia środków budżetowych (na cele kapitałowe) za największą przeszkodę, 14% ich znaczenie w porównaniu z innymi projektami automatyzacji, 12% zasoby inżynieryjne, 8% zaakceptowanie przez personel fabryki, 7% zrozumienie technologii wizyjnej, 5% trudność użycia oraz 8% inne powody. Wyniki te były prawie identyczne z odpowiedziami udzielonymi w zeszłym roku.

 

Steve Geraghty, dyrektor ipd, zauważa: – Przy ograniczeniach wydatków kapitałowych przewidzianych w budżetach, wymienianych jako najważniejsza przeszkoda na drodze do zwiększenia zastosowania systemów wizyjnych maszyn – tanie, przyjazne dla użytkownika i bogato wyposażone produkty, takie jak Vision Appliances oraz NetSight II, będą w dalszym ciągu przemawiać do producentów wszelkiego kalibru, a w szczególności, dadzą możliwość mniejszym producentom, o jeszcze przecież mniejszych budżetach, do wdrożenia systemów wizyjnych maszyn, na które inaczej nie mogliby sobie pozwolić.

46% respondentów zadeklarowało stosowanie czujników inteligentnej wizji, co stanowi nieco większy procent w porównaniu z rokiem 2003. Zarówno w roku 2003, jak i 2004, 90% użytkowników tego segmentu zgłosiło, że czujniki spełniły ich oczekiwania. Pierantonio Boriero – menedżer linii produktu w firmie Matrox Imaging zwraca uwagę na zwiększone zastosowanie zintegrowanych systemów wizyjnych, łącznie z „inteligentnymi kamerami” w aplikacjach przemysłowych. – Dzisiaj projektanci i integratorzy systemów nie mogą już dłużej ignorować ukrytych kosztów, na które jest się narażonym przy niektórych aplikacjach przemysłowych, które stosują wizję opartą na PC i przechodzą na „inteligentne kamery” oraz komputery wizyjne. Od czasu kiedy oparte na PC maszynowe systemy wizyjne stały się możliwe dzięki magistrali PCI, integratorzy systemów zaprzestali stosowania wyspecjalizowanego sprzętu komputerowego na korzyść pozornie mniej kosztownych systemów opartych na PC – mówi Boriero. – Te produkty wizyjne wykorzystują wbudowaną technologię przetwarzania, która oferuje wydajność zbliżoną do pecetowej, są zamknięte we wzmacnianych obudowach, co sprawia, że nadają się do większości przemysłowych aplikacji.

W miarę jakmaszynowe systemy wizyjne zdobywają coraz bardziej solidne podstawy w świecie produkcyjnym, firma DVT jest jedną z tych, które kontynuują ekspansję, zgłaszając 33% wzrost sprzedaży w pierwszym kwartale roku 2004 w porównaniu z rokiem 2003. – Producenci coraz częściej dostrzegają sens zastosowania w pełni zintegrowanych systemów wizyjnych maszyn do celów kontrolnych, nadzorczych oraz do kontroli jakości – dodaje Bob Steinke, główny dyrektor zarządzający oraz prezes firmy DVT.

 

Łatwo podłączalne

RS-232 oraz Ethernet TCP/IP to obecnie najczęściej stosowane protokoły komunikacyjne do podłączania komponentów systemów wizyjnych maszyn. Respondenci ankiety stosują je na poziomie odpowiednio 73% oraz 65%. Wyniki sugerują, że protokół Ethernet TCP/IP stanie się w przyszłości najczęściej stosowanym rozwiązaniem sieciowym dla systemów wizyjnych maszyn. – W okresie ekspansji rozproszonych systemów wizyjnych maszyn – wyjaśnia Jayson Mulliner, menedżer produktów wizyjnych w firmie National Instruments – nie dziwi, że aż tak duża liczba respondentów stosuje Ethernet do maszynowych systemów wizyjnych. Łatwe w użyciu oprogramowanie, w połączeniu z popularnymi technikami, takimi jak Ethernet, rodzi autonomiczne, maszynowe systemy wizyjne, które można łatwo podłączyć do sieci przemysłowej i które mogą komunikować się poprzez protokół TCP/IP. Poza tradycyjnymi konstruktorami maszyn czy końcowymi użytkownikami z sektora produkcyjnego wielu adaptuje te właśnie techniki. – Wraz ze wzrostem wydatków kapitałowych na sprzęt i urządzenia oraz ponieważ użytkownicy końcowi dostrzegają zalety systemów wizyjnych czy udoskonalonej kontroli jakości, systemy te będą stawać się coraz ważniejszym komponentem we wszystkich zautomatyzowanych środowiskach produkcyjnych. Nawet teraz – mówi Mulliner – widać wzrost zastosowania maszynowychsystemów wizyjnych do atestacji projektowania aplikacji.

Mark Sippel, menedżer produktów wizyjnych w firmie Omron Electronics, mówi – maszynowe systemy wizyjne mogą pomóc przy sortowaniu opakowań według etykiet lub wielkości, mogą wykrywać niedoskonałości grafiki czy tekstu umieszczonego na etykietach, mogą przeprowadzać kontrolę wymiarów części, mogą wykrywać wady powierzchni, takie jak zadrapania na wykańczanych czy obrobionych powierzchniach, mogą też wykrywać niedocięcia na krawędziach przedmiotów, lub rozpoznawać optycznie znaki (optical character recognition/optical character vision – OCR/OCV) w układach raportujących kody danych czy partii, łącznie ze zmianami w wielkości znaków, ich nachyleniu, rozmyciu i szerokości. Sippel dodaje, że wielokrotne kamery firmy Omron zapewniają obserwacje pod wieloma kątami oraz szybkie pobieranie obrazu, co znajduje zastosowanie w aplikacjach wymagających dużej prędkości lub złożonych aplikacjach wymiarujących czy kontrolnych.

Znajomość właściwej aplikacji to dopiero część wysiłku. – Zanim wybierze się odpowiedni system, mówi Jelonek z firmy Keyence – osoba dokonująca zakupu systemu wizyjnego powinna zadać pytanie: Czy mogę się nauczyć programować ten system w ciągu jednego dnia lub nawet w krótszym czasie? Czy będzie go można łatwo zintegrować z zestawem moich urządzeń peryferyjnych? Czy jeśli będę miał problemy, sprzedawca zaoferuje mi obsługę techniczno-serwisową, która będzie darmowa, jak szybka będzie reakcja na moje zapotrzebowanie? – Spełnienie tych potrzeb – mówi Jelonek – pomaga wyeliminować niektóre ograniczenia wydatków środków kapitałowych, stopujących wiele aktualnych projektów.

Więcej informacji na temat ankiety przeprowadzonej w roku 2004 przez Control Engineering/Reed Research Group, a dotyczącej wizyjnych systemów maszyn można znaleźć na naszejstronie

www.controlengpolska.com/focus.