Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Spoločnosť Beckhoff, špecialista na riadiace systémy na platforme PC, hľadá neustále nové spôsoby, ako integrovať všetky funkcie výrobných zariadení do jednej riadiacej platformy. Takouto úlohou je aj počítačové spracovanie obrazu.
Softvér TwinCAT Vision pre spracovanie obrazu
Spoločnosť Beckhoff uviedla na trh softvérový produkt TwinCAT Vision už v roku 2017 a odvtedy ho neustále vylepšuje. Na rozdiel od systémov strojového videnia typu black-box firma ponúkla svojim zákazníkom otvorenú platformu, programovanie v známom vývojovom prostredí TwinCAT 3 a naplno využíva výkon IPC, pretože program pre spracovanie obrazu beží priamo v TwinCAT Runtime (obr. 1). Tento plne integrovaný prístup poskytuje programátorovi úplnú kontrolu nad úlohou spracovania obrazu, skracuje dobu reakcie riadiaceho systému a rovnako poskytuje dokonalú synchronizáciu procesov. Všetky tieto výhody robia zo softvéru Beckhoff Vision pôsobivý produkt pre komplexné úlohy.
Kompletné portfólio
Beckhoff aktuálne ponúka výrobcom zariadení a koncovým zákazníkom kompletný sortiment pre riešenie úloh strojového videnia, ktorý pokrýva všetky potrebné komponenty od softvéru cez kamery, objektívy, svetlá až po držiaky a príslušenstvo. Veľkú konkurenčnú výhodu predstavuje integrácia priemyselnej zbernice EtherCAT-P. Prítomnosť real-time zbernice EtherCAT-P v kamerách a svetlách umožnila dosiahnuť presnú synchronizáciu úloh strojového videnia s ostatnými procesmi a systémami. Priemyselné počítače Beckhoff vynikajú veľkou konektivitou a táto vlastnosť sa premieta aj do úloh spracovania obrazu. Zachytené snímky môžu byť archivované na pevnom disku počítača a celý systém môže byť napojený na cloudové služby a prístupný odkiaľkoľvek. Kombinácia jedného vývojového prostredia a real-time zbernice EtherCAT-P výrazne šetrí náklady na vývoj, implementáciu a servis aplikácie a zároveň znižuje náklady na hardvér a uľahčuje jeho diagnostiku.
Aktuálny prehľad hardvérových produktov pre úlohy strojového videnia (obr. 2):
- 2D kamery VCS2000,
- odolné objektívy VOS2000 a VOS3000,
- farebné líniové, plošné, kruhové LED svetlá (VIB2000, VIP2000, VIR2000),
- VUI (Vision Unit Illumination) – kompaktná kamera s integrovaným osvetlením a objektívom,
- príslušenstvo.
Behom vývojového procesu hardvéru bol od začiatku kladený dôraz na spoľahlivosť, stabilitu a vysokú odolnosť produktov. Tento prístup sa premietol nielen do odolného dizajnu, ale tiež do použitých materiálov a ich povrchovej úpravy.
Významné konštrukčné prvky a vlastnosti:
- chránič objektívu, s použitím ktorého je celý systém – konektory, kamera, objektív – v krytí IP65/IP67 (obr. 3),
- telo z eloxovaného hliníka s veľkou mechanickou odolnosťou,
- hladké a čisté línie pre jednoduchú údržbu,
- zemniaca skrutka,
- tepelne tvrdené antireflexné sklo,
- signalizačné LED pre okamžitú diagnostiku.
Výkonné kamery
Obraz v 2D kamerách z rodiny VCS2000 zachytáva farebný alebo monochromatický senzor CMOS s maximálnym rozlíšením až 24 megapixelov (obr. 4). Za širokou škálou senzorov stojí ich stabilný a kvalitný výrobca Sony. Pre rôzne úlohy strojového videnia tak je možné vybrať vždy ten najvhodnejší. Na výber sú čipy s veľkosťou pixelu 3,4 µm ×
× 3,4 µm pri rozlíšeniach od 1,6 po 5 MPx alebo 2,74 µm × 2,74 µm pre vyššie rozlíšenia. Frekvencia snímkovania 167 fps a vysoká prenosová rýchlosť 2,5 Gb/s rozširujú možnosti aj na sledovanie rýchlych a dynamických dejov. Vďaka integrovanému rozhraniu EtherCAT-P dokážu kamery tvoriť jeden synchronizovaný celok spolu so svetlami a pohonmi. Takáto sústava vyniká nízkou latenciou a rýchlym poskytnutím výsledkov pre PLC. Výrazne tak prispieva k skracovaniu doby taktu výrobného procesu.
Kamery od firmy Beckhoff využívajú pre prenos snímkov zavedený medzinárodný štandard GigE Vision, na uchytenie objektívu slúži montážny závit C-mount a kamery je možné používať v širokom rozsahu teplôt. To z nich robí univerzálny produkt. Malá montážna hĺbka 38,4 mm a konektory vyvedené do strany spoluvytvárajú väčší voľný priestor v optickej osi objektívu. Zmestia sa aj do veľmi zle prístupných miest.
Odolné objektívy
Objektívy z rady VOS2000 a VOS3000 (obr. 5) sú vďaka svojim vlastnostiam ideálne pre použitie v priemysle, a to hlavne pre ich špičkové optické vlastnosti, jednoduchú montáž a odolnosť proti vibráciám až 10 g. Rovnako ako kamery aj objektívy disponujú montážnym závitom C-mount. Okrem toho majú samostatný ostriaci a samostatný clonový krúžok. Oba krúžky je možné zaaretovať pomocou aretačných prstencov. Vďaka tomu sa nastavenie nezmení ani pri neúmyselnom dotyku alebo pri umiestnení na pohyblivej konštrukcii, napr. na ose robotu. Objektívy majú na prednom filtri širokopásmovú antireflexnú vrstvu pre elimináciu odrazov v rozmedzí vlnových dĺžok od 420 po 1 050 nm.
Flexibilné, presné a energeticky úsporné svetlá
Farebné LED svetlá v troch prevedeniach – líniové (VIB2000), panelové (VIP2000) a kruhové (VIR2000) – generujú konštantné osvetlenie a vytvárajú nemenné svetelné podmienky ideálne pre zachytávanie veľmi presných a kontrastných snímkov. Takto získané kvalitné informácie pozitívne ovplyvnia schopnosť dosahovať presnejšie výsledky behom následného softvérového spracovania obrazu. To platí aj v nastaviteľnom pulznom režime. O vybudenie LED sa stará výkonová elektronika integrovaná priamo v telese svetla.
Všetky svetlá majú LED vo farbách OGB (orange: 612 nm, green: 545 nm, blue: 452 nm) a tiež IR (853 nm). Farbu svetla je možné behom procesu neustále meniť a upravovať jednotlivé zložky tak, aby bol objekt na snímanej scéne ideálne nasvietený. Prostredníctvom EtherCAT-P je možné priamo z PLC nastavovať farbu, svietivosť a riadiť pulzný režim (obr. 6). Obrovskej úspory energie sa dosahuje v momente, keď sa synchronizuje kamera a osvetľovacia sústava a zabezpečí sa, že scéna bude nasvietená len počas veľmi krátkeho a presného okamihu, kedy kamera sníma obraz. Takto vyladený proces zároveň znižuje zahrievanie svetelného zdroja a značne predlžuje jeho životnosť.
(Beckhoff Automation s. r. o.)
Obr. 1. TwinCAT Vision ponúka otvorenú platformu, programovanie v známom vývojovom prostredí TwinCAT 3 a naplno využíva výkon IPC, pretože program spracovanie obrazu beží priamo v TwinCAT Runtime
Obr. 2. Aktuálny prehľad hardvérových produktov pre úlohy strojového videnia
Obr. 3. Celý systém – konektory, kamera, objektív – je v krytí IP67, odolný proti prachu aj striekajúcej vode
Obr. 4. 2D kamera VCS 2000
Obr. 5. Objektívy z rady VOS2000
Obr. 6. Osvetľovacia sústava môže byť synchronizovaná s PLC prostredníctvom EherCAT-P