Przetwarzanie obrazu. Czujniki wizyjne firmy ifm

W ofercie firmy ifm są m.in. czujniki O2D do rozpoznawania obiektów, O2V do inspekcji obiektów, czujniki wielokodowe O2I, kamery i optoelektroniczne czujniki O3D, a także czujniki do pozycjonowania.

Czujniki z serii O2D

Czujnik do rozpoznawania obiektów O2D z niezależną od orientacji funkcją rozpoznawania konturu to rozwiązanie stosowane do kontroli obecności, pozycji, jakości oraz zadań zliczania i sortowania. Urządzenie doskonale sprawdza się w zastosowaniach z powtarzalnymi i stałymi konturami obiektów. Czujnik rejestruje obraz konturu elementu kontrolowanego i porównuje go z konturami jednego lub wielu modeli w obrazie referencyjnym. Niezależna od orientacji technologia rozpoznawania obiektu porównuje obiekt badany z wytycznymi i przekazuje wyniki („dobry” / „zły”), pozycję oraz orientację do sterownika PLC wyższego poziomu. Parametryzację można przeprowadzić na urządzeniu lub za pomocą zrozumiałego i prowadzącego „krok po kroku” specjalnego oprogramowania. Zaletą urządzenia jest mocny interfejs Ethernet do przesyłania danych.

Czujniki z serii O2V

Czujnik do inspekcji obiektów O2V jest stosowany do kontroli obecności, kompletności, pozycji, wielkości oraz jakości, jak i do zadań związanych z sortowaniem. To optymalne rozwiązanie w zastosowaniach, w których występują obiekty o zmiennych kształtach, wymiarach lub barwach. Ponadto urządzenie rejestruje metodą podświetlenia lub prześwietlenia obrazu elementu kontrolowanego w skali szarości. Na podstawie uzyskanych wartości jasności czujnik dokonuje rozróżnienia między obiektem poddawanym kontroli i tłem. Urządzenie porównuje zarejestrowany obraz z jednym lub z wieloma modelami referencyjnymi.

Czujniki z serii O2I

Czujnik wielokodowy O2I jest wykorzystywany w wielu zastosowaniach – od śledzenia przez sterowanie po identyfikację produktu. Urządzenie rozpoznaje ponad 20 kodów różnych rodzajów kodów 1D i 2D, niezależnie od orientacji kodu względem czujnika. W urządzenie wbudowany jest układ porównujący kody. Regulacja odbywa się za pomocą wbudowanego wskaźnika laserowego. Dla krytycznych powierzchni zastosowano segmentowe oświetlenie.

Czujniki z tej serii umożliwiają również bezpieczną identyfikację uszkodzonych lub zabrudzonych kodów, nawet gdy 25% zawartych w nich informacji jest zniszczonych. W tym celu czujnik przejmuje również zadania związane z rozpoznawaniem tekstu (OCR), przykładowo w celu identyfikacji produktów na podstawie oznaczeń typu lub numerów seryjnych.

Jedną z głównych zalet czujnika jest łatwe uczenie jednym przyciskiem. Po naciśnięciu przycisku „teach”, użytkownik ustawia czytnik wielokodowy na kod, wykorzystując celownik laserowy. Ustawianie ostrości, ekspozycji i wykrywanie typu kodu są przeprowadzane automatycznie przez czujnik. Po kilku sekundach urządzenie jest gotowe do pracy. Aplikacja na smartfon (iOS, Android) umożliwia wykonywanie podstawowej konfiguracji urządzenia. Do złożonych zadań identyfikacji, można konfigurować czytnik wielokodowy, wykorzystując nagradzane oprogramowanie Vision Assistant. Przykładowo funkcja auto-find wykrywa kilka kodów na jednym obrazie. Użytkownik może łatwo przypisać te kody, wykorzystując Vision Assistant. Dzięki różnym funkcjom logicznym czujnik może być zaprogramowany do sterowania sekwencyjnego. Obraz na żywo i obszerna wizualizacja wszystkich ustawień zapewnia optymalny przegląd. Urządzenie ma wymienialną kartę pamięci ifm. Można ją wykorzystywać do zapamiętania lub załadowania kompletnych danych konfiguracji czytnika wielokodowego. Upraszcza to wymianę urządzenia i ustawianie kilku sztuk urządzeń w tym samym zastosowaniu. Zaletą jest także zintegrowany oświetlacz z filtrem polaryzacyjnym (opcja), który zapewnia odpowiedni kontrast do niezawodnego wykrywania kodów nawet w przypadku błyszczących powierzchni, takich jak metalowe.

Czujniki z serii O3D

Czujnik O3D to optoelektroniczny czujnik 3D, mierzący punktowo odległość między czujnikiem a kolejną powierzchnią, w oparciu o metodę pomiaru czasu przelotu światła. Urządzenie oświetla trójwymiarową scenę zintegrowanym źródłem światła podczerwonego i oblicza odległość na podstawie odbitego od powierzchni światła. Fotoelektryczne czujniki 3D nadają się do wielu różnych zastosowań, takich jak detekcja objętości, odległości i poziomu. Mierzą odległość między czujnikiem i najbliższym punktem na powierzchni, stosując zasadę impulsową ToF. Oświetlają widok za pomocą wewnętrznego lub zewnętrznego źródła światła podczerwonego i obliczają odległość, wykorzystując impuls światła odbitego od powierzchni.

Kontrola i optymalizacja w logistyce, magazynowaniu, paletyzacji i transporcie

Czujnik O3D może być wykorzystywany w zastosowaniach, w których wymagana jest kontrola kompletności, określanie objętości oraz sortowanie obiektów. Wśród innych zastosowań można wymienić usługi kurierskie, hale magazynowe, centra logistyczne lub dystrybucyjne. W celu umożliwienia zautomatyzowanego planowania przestrzeni magazynowej czujnik rejestruje informacje o wymiarach paczek, np. ich wielkości, orientacji i pozycji. Pozwala to na optymalne wykorzystanie dostępnej przestrzeni magazynowej.

Częstym rozwiązaniem przy monitorowaniu kompletowania jest montowanie pojedynczych czujników powyżej każdego pojedynczego pakowanego elementu. Nie jest to jednak rozwiązanie zbyt elastyczne, ze względu na różne rodzaje i wymiary opakowań. W praktyce okazuje się, że niezbędne są częste przestrojenia. Jeżeli zmianie ulegnie kolor albo tekstura badanego elementu, konwencjonalne czujniki przestają działać. Takie problemy nie występują w monitorowaniu kompletności opartym na czujnikach 3D. Czujnik 3D mierzy wielkość pakowanych elementów i porównuje ją z nauczonym modelem. Wszelkie odchylenia sygnalizowane są za pomocą wyjść przełączających. Wymiana doświadczeń z użytkownikami oraz kompleksowe testy na liniach pakujących zaowocowały niezwykle prostym w obsłudze i łatwym w integracji czujnikiem. Zastosowanie tego rozwiązania pozwala stwierdzić, czy w pojemnikach – np. kartonach lub paletach – jest odpowiednia liczba produktów. Kontrola ta jest niezależna od barwy lub tekstury produktu. Czujnik można komfortowo i intuicyjnie dostosować do zróżnicowanych wielkości pojemników za pomocą oprogramowania do parametryzacji. Kluczowe zalety tego czujnika to: precyzyjna detekcja braków oraz przepełnienia, automatyczna kompensacja pozycji i obrotu, w pełni niezależna od kolorów oraz światła zewnętrznego technologia pomiaru czasu przelotu światła (ToF PMD), wyjścia przełączające oraz Ethernet jako interfejs procesowy.

Automatyzacja pozycjonowania chwytaków robotów

Czujniki wizyjne 3D doskonale sprawdzają się także w automatyzacji pozycjonowania chwytaków robotów. Czujnik 3D wykrywa pozycję obiektu, nawet gdy obiekty się poruszają, i przesyła go do układu sterowania robota, który steruje chwytakiem. System może wykrywać kształty prostokątne, okrągłe i nieregularne i przekazywać do sterownika nie tylko położenie środka ciężkości, ale także ich liczbę i wymiary. Typowymi obiektami są pudła, opakowania kartonowe, wiadra, beczki, puszki, torby, koła lub bagaż. Zautomatyzowane systemy przenośników zwiększają wydajność wielu aplikacji, ponieważ wykonują monotonne etapy produkcji szybciej i równomierniej niż człowiek.

Przykładem automatyzacji pozycjonowania chwytaków przy użyciu czujnika 3D jest integracja plug & play w zastosowaniach chwytaków firmy Universal Robots. Doskonałe połączenie wydajnego sprzętu i łatwego w użyciu oprogramowania umożliwia łatwe wdrożenie czujników wizyjnych w zastosowaniach chwytaków firmy Universal Robots. Podstawowym elementem czujnika wizyjnego ifm jest układ scalony kamery 3D. Wykorzystując technologię PMD i pomiaru czasu przebiegu impulsu tworzy trójwymiarowy obraz. Wtyczka UR+ zapewnia płynną i szybką integrację czujnika. Czujnik wykrywa każdy obiekt, nawet poruszający się, i przekazuje jego dokładne położenie i wymiary (koordynaty X, Y, Z) do układu sterowania robotem.

Kontrola objętości w zbiornikach

Czujnik 3D firmy ifm działa niezależnie od zabrudzeń, koloru i powłoki, zmniejsza ilość odpadów i przestojów, a parametry są łatwe do ustawienia. Zastosowanie czujnika 3D jest optymalnym wyborem dla wielu różnych procesów produkcyjnych. Może być stosowany w przetwórstwie spożywczym (produkcja chleba, sera, makaronu i produktów mięsnych), ale także do produkcji towarów konsumpcyjnych na bazie gumy, kremów lub wosków.

Kontrola pojemności w 3D umożliwia np. sprawdzania jednorodnego napełniania pojemników substancjami lepkimi, takimi jak ciasto lub pasty. Przykładem jest wykrywanie podwójnie nałożonego ciasta. Automatyczna produkcja chleba jest podatna na błędy podczas jednoczesnego napełniania kilku form do pieczenia (zestawów form). Formy, które pozostają niewypełnione, pogarszają wydajność. Z drugiej strony przepełnione formy prowadzą do obniżenia jakości i zwiększenia zabrudzenia instalacji, a nawet mogą zwiększyć ryzyko pożaru.

Kamery z serii O3D – trójwymiarowa detekcja

Kamera 3D, działająca z wykorzystaniem technologii PMD, dokonuje błyskawicznej rejestracji trójwymiarowych scen i obiektów w ich wymiarach przestrzennych. Zasada działania, czyli pomiar czasu przelotu światła (ToF), jest podobna jak w przypadku skanera laserowego. Jednak, zamiast jednego, kamera ma 23 000 elementów rejestrujących, umieszczonych na przetworniku w postaci matrycy. Dzięki temu podczas jednego zdjęcia mierzony jest nie tylko jeden punkt, lecz kompletny obraz z tłem. Oprócz obrazu wartości odległości kamera dostarcza również obraz w skali szarości.

W przeciwieństwie do skanerów laserowych kamera nie wymaga ruchomych elementów, dlatego jest trwała i odporna na zużycie. Kamera dokonuje punktowego pomiaru odległości między czujnikiem i kolejną powierzchnią w oparciu o metodę pomiaru czasu przelotu światła. Oświetla trójwymiarową scenę zintegrowanym źródłem światła podczerwonego i oblicza odległość na podstawie odbitego od powierzchni światła. Po zintegrowaniu kamery z maszyną przetwarzanie dostarczanych przez kamerę danych pomiarowych może odbywać się za pomocą powszechnie dostępnych na rynku bibliotek do obróbki obrazu. Pakiet oprogramowania SDK (Software Development Kit) z przykładowym kodem programu jest dostępny w różnych językach programowania. Istnieje możliwość podłączenia urządzenia do MATLAB, HALCON, PCL (Point Cloud Library) oraz ROS (Robot Operating System). Kamera jest stosowana w technologii pakowania, magazynowej i systemów transportu, w logistyce lotniskowej, do ochrony przed kolizjami, w robotyce oraz do monitoringu pomieszczeń i osób.

PMD Profiler

W odpowiedzi na trudne wyzwania związane z kontrolą jakości na linii produkcyjnej firma ifm wprowadziła rozwiązanie PMD Profiler do sprawdzania profilu obiektu. Wystarczy kilka kroków, aby czujnik fotoelektryczny był gotowy do użycia i rozpoznawał kontur obiektu za pomocą laserowego skanowania liniowego. Służy to wykrywaniu wszelkich elementów, procedur montażowych, rowków lub otworów, które nie odpowiadają docelowemu stanowi, z wykrywaniem odchylenia zaledwie 0,5 mm.

Czujnik pracuje na zasadzie triangulacji. W tym celu wyposażono go w urządzenie projekcyjne, które kieruje wiązkę laserową na powierzchnię przeznaczoną do pomiarów. Następnie wiązka ulega odbiciu i trafia na element odbiorczy (czip PMD). W porównaniu z urządzeniem projekcyjnym element odbiorczy jest wyraźnie przesunięty kątowo, dzięki czemu może wykrywać profil wysokości. Zakres pomiaru czujnika obejmuje odległości 150–300 mm od czujnika. Ze względu na perspektywę elementu odbiorczego, długość wiązki laserowej zależy od odległości czujnika od celu (im bliżej czujnika, tym krótsza wiązka). Jednak nawet jeżeli odległość między czujnikiem a obiektem ulega zmianie, proporcje obiektu pozostają niezmienione. Oznacza to, że kontur można mierzyć niezależnie od odległości. Bardzo ułatwia to osiowanie i pozycjonowanie czujnika.

IFM ELECTRONIC Sp. z o.o.
ul. Węglowa 7, 40-105 Katowice
tel. 32 70 56 400
e-mail: info.pl@ifm.com 
www.ifm.com/pl

source: Automatyka 5-6/2020