KONICA MINOLTA

Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Vysokorychlostní zpracování obrazu s využitím standardu CompactPCI Serial

Při zpracovávání obrazu je obvykle vyžadována velká míra přizpůsobení hardwaru i softwaru konkrétním požadavkům zákazníka. Aby se výsledné řešení neprodražilo, vyžadují integrátoři systémů modulární platformy, v nichž jsou jednotlivé komponenty navzájem přizpůsobeny tak, že je lze bez problémů kombinovat. Právě proto společnosti Kontron a Q.VITEC společně vyvinuly platformu založenou na standardu CompactPCI Serial. Poprvé byla představena na veletrhu SPS/IPC/Drives v listopadu 2013.

 
Systémy zpracování obrazu jsou využívány v mnoha úlohách v průmyslu: pro identifikaci, počítání nebo měření objektů, pro čtení značek a štítků na zboží apod. Mohou být využity také ke kontrole kvality, např. správnosti rozměrů, úplnosti montáže atd. Umožňují realizovat průběžnou stoprocentní kontrolu kvality, která by jinak byla velmi nákladná nebo technicky jen obtížně realizovatelná. Pro splnění těchto úloh je nutné vždy jednu nebo několik kamer, řádkových nebo maticových, propojit s počítačem, který se postará o analýzu získaných dat.
 
Najít vhodné standardní, komerčně dostupné řešení určené k okamžitému použití, které by přitom bylo optimální pro specifické požadavky dané úlohy, není jednoduché. Dokonce i úlohy, které jsou funkčně identické, se mohou lišit zcela rozdílnými podmínkami snímání, ať už jde o požadovanou rychlost identifikace, různé barvy nebo strukturu povrchu identifikovaných dílů, nebo zkrátka jen tím, kolik místa má konstruktér pro instalaci identifikačního systému k dispozici. To vše má vliv na to, jaký systém strojového vidění bude pro danou úlohu vybrán. Flexibilita je tedy pro výrobce těchto systémů prvním předpokladem úspěchu.
 

Jednoznačné požadavky průmyslu

Kompatibilní komponenty perfektně vzájemně spolupracující – to je první požadavek uživatelů z průmyslu. Chtějí, aby mohli tytéž komponenty použít opakovaně pro podobná řešení nebo aby mohli bez problémů vyměnit vadný díl za nový. Musí být vyloučeno, aby nastaly problémy jen proto, že bude použita jiná generace hardwaru nebo softwaru. Vyžadována je dlouhodobá stabilita konfigurace systému. To je možné zajistit jen tehdy, použijí-li se vestavné systémy určené speciálně pro průmyslovou automatizaci. Právě ty jsou konstruovány s ohledem na dlouhodobou dostupnost a vývoj jejich softwaru je v určitém stadiu zmražen, aby byly vždy k dispozici identické konfigurace. Kromě výběru správných hardwarových komponent jsou pro výběr optimálního řešení rozhodující také specifické vlastnosti softwaru pro zpracování obrazu, operační systém s odpovídající konfigurací a správné ovladače s vhodným nastavením.
 

Konfigurace systému a jeho úskalí

Jestliže si chtějí koncový uživatel nebo inženýrská firma navrhnout systém strojového vidění vlastními silami, musí mít odborníky v dané oblasti, kteří budou schopni vybrat správné komponenty a vzájemně je sladit. Na cestě k optimálně nakonfigurovanému systému strojového vidění čeká na konstruktéry mnoho úskalí. Stačí, když technik při konfiguraci systému v jednom ze submenu zapomene zaškrtnout správnou volbu, a systém nebude pracovat tak, jak se od něj očekává. Nedostatek zkušeností může vést k postupu pokus-omyl, během nějž se technik do problému stále více zamotává – a to stojí kromě jeho nervů také čas a peníze. S tím, jak roste počet potřebných komponent, roste i počet zdrojů potenciálních chyb. Jestliže jde navíc o komponenty od různých dodavatelů, může to výrazně zvýšit náročnost konfigurace. Celkové úsilí techniků a riziko výskytu chyb, které se mohou projevit až při provozu, jsou dostatečné argumenty pro to, aby se uživatel zajímal o hotové, komerčně dostupné platformy připravené k okamžitému použití, byť jejich pořizovací cena může být vyšší než u řešení sestaveného z jednotlivých komponent. Takováto aplikačně připravená platforma je výhodná zvláště v situaci, kdy se stává součástí sériově vyráběného stroje nebo zařízení prodávaného do celého světa.
 

Zadání vyhovují různé platformy

Výrobci softwaru pro zpracování obrazu, jako např. Q.Vitec, začali svým zákazníkům nabízet také služby integrace systémů. K tomu potřebují nejen vhodné kamery a osvětlovače, ale také rozšiřitelné a flexibilní výpočetní platformy, které jim umožní splnit individuální požadavky zákazníka. To, který systém bude pro zpracování obrazu nejvhodnější, závisí na typu úlohy. Spektrum vestavných počítačů, které jsou k dispozici, zahrnuje na jedné straně jednoduché kompaktní box PC a na druhé straně vysoce výkonné průmyslové servery určené do 19" rámu v rozváděči. Protože při výběru hrají roli hustota výpočetního výkonu a přizpůsobitelnost vestavného počítače, ukázalo se, že užitečným standardem pro tyto systémy je CompactPCI Serial.
 
Má-li systém modulární strukturu, je snadné přizpůsobit jej konkrétním požadavkům. Může být navržen tak, aby měl požadovaný výkon a funkce, a kdykoliv jej bylo možné modifikovat. Celý systém lze poskládat jako stavebnici z jednotlivých standardních komponent. Je-li koncepce pevně daná a přesně specifikovaná, jsou realizace systému a jeho nastavení velmi rychlé a jednoduché.
 

Compact PCI Serial – vysoce výkonná platforma

Platforma CompactPCI® Serial je vhodná pro nejmodernější a výkonná rozhraní, jako jsou gigabitový Ethernet, USB, PCI Express®, nebo dokonce SATA. Zvláště je nutné zmínit skutečnost, že podporovány jsou i nejnovější rozhraní USB 3.0m SATA 6 Gb/s a PCI Express 3.0. V souladu se specifikací standardu CompactPCI Serial má každý systém na propojovací desce (backplane) osm rozhraní pro gigabitový Ethernet, osm USB 3.0 a čtyřicet pozic PCI Express. Tato vysokorychlostní rozhraní umožňují využívat nejmodernější kamery s výstupem prostřednictvím gigabitového Ethernetu nebo USB 3.0. Odpovídající  ropojovací karty jsou už dostupné; v budoucnu se plánuje doplnit jejich sortiment kartami pro napájení kamer prostřednictvím Ethernetu: PoE. S použitím vhodných desek lze do systému nainstalovat zachytávače obrazu (framegrabber) PCI Express pro kamery s rozhraním CameraLink. Standard CompactPCI Serial umožňuje do systému integrovat také další řídicí prvky: k dispozici je velké množství komponent pro připojení průmyslových vstupů a výstupů. Proto je CompactPCI Serial vhodným standardem pro výrobce strojů a zařízení, kteří potřebují integrovat hardware strojového vidění s vestavným průmyslovým výpočetním systémem určeným pro řízení stroje. CompactPCI Serial dokonce poskytuje možnost do jednoho řídicího systému integrovat několik systémů strojového vidění a vytvořit tak jednoduché a kompaktní řešení pro paralelní zpracování obrazu.
 
CompactPCI Serial umožňuje určit, ve které z procesorových desek budou vykonávány nejnáročnější algoritmy paralelního zpracování obrazu. Ve srovnání s klasickým standardem CompactPCI dovoluje CompactPCI Serial realizovat zcela nové, flexibilnější, a především výkonnější systémy.
 

Modulární systém z jednoho zdroje

Systém strojového vidění od firem Q.Vitec a Kontron, založený na CompactPCI Serial a připravený k okamžitému použití, měl svou premiéru na veletrhu SPS/IPC/Drives koncem listopadu 2013 v Norimberku. Uživatelé dostávají do rukou optimalizovaný systém, aniž by museli platit náklady na vývoj a odlaďování hardwaru a softwaru. Vývojové prostředí od společnosti Q.Vitec výrazně zkracuje dobu potřebnou k uvedení nového produktu na trh. Při optimalizaci hardwaru a softwaru podle požadavků zákazníka firma Q.Vitec úzce spolupracuje se společností Kontron: speciálně pro tento účel byl sestaven společný odborný tým. Zákazník tak kromě technické podpory softwaru dostane i technickou podporu od dodavatele hardwaru, a jestliže to požaduje, včetně podpory druhé úrovně systémově specifických funkcí hardwaru.
 
Hardware založený na standardu CompactPCI Serial ideálně vyhovuje pro použití s modulárním softwarem Vision Q.400 od firmy Q.Vitec, ať jde o verzi Basic, Advanced nebo Professional. Systém dokáže současně pracovat s až dvanácti kamerami. Uživatel navíc může rychle a pohodlně vytvářet vlastní doplňky softwaru. Pro tyto účely má Q.Vitec k dispozici skriptovací stroj HDevelop. Tvůrci aplikací mohou jeho prostřednictvím přistupovat ke knihovně bloků pro zpracování obrazu HALCON od firmy MVTec. Krátce řečeno, uživatel má k systému navrženému podle jeho požadavků kompletní balíček služeb a podpory. Cílovou skupinou jsou strojní a automatizační inženýři koncových zákazníků i nezávislých integrátorů systémů.
 

Modulární hardware a software

Na zmíněném veletrhu SPS/IPC/Drives představily obě firmy, Q.Vitec a Kontron, novou platformu na příkladu detekce skleněných ampulí a elektrických baterií AA. Demonstrační exponát využíval čtyři kamery s výstupem GigE, které scénu snímaly z různé perspektivy. Exponát předváděl funkci rozeznávání tvarů a čtení štítků pomocí funkce OCR z kontinuálně rotujících předmětů. Měřené hodnoty jsou softwarovou aplikací zpracovány do podoby, která je prezentována na displeji. Získaná data mohou být také uložena do databáze – průběžně nebo za zadaný časový interval. Flexibilita hardwaru byla demonstrována na tom, že kamery bylo možné připojit současně ke dvěma systémům CompactPCI Serial s různými síťovými kartami a různými postupy kontroly.
 
Sandra Korsineková, Technology Manager, Kontron,
a Thomas Hünerfauth, Senior Manager Imaging Solutions, Q.VITEC
 
 
Obr. 1. Flexibilní hardware: procesorové desky, síťové ovladače, mezaninové desky XMC, sloty pro HDD nebo SSD – všechny komponenty CompactPCI Serial jsou vzájemně sladěné a zákazník může dostat kompletní systém s předem určenou konfigurací
Obr. 2. Flexibilní software: Vision Q.400 je modulární software, který může být přizpůsoben rozsahu a složitosti úlohy a potřebám zákazníka