Системы машинного зрения все шире применяются в различных областях промышленности: управление технологическими процессами, сортировка, визуальный контроль качества выпускаемой продукции и многое другое. Однако многие недооценивают важнейшую роль освещения, которое позволяет камерам системы получать результаты высокой точности и повторяемости.
"Освещение - ключевой элемент любой системы машинного зрения." - подчеркивает эксперт по системам технического зрения Андреас Вальдл. Ведь именно от освещения зависит, как система распознает объект. Помимо условий интенсивности света, направления и длины волн, имеются два важнейших фактора - точность синхронизации и интеллектуальное управление, которые являются определяющими в системе.
На практике захват изображения, управление освещением и управление вспышками осуществляются через дискретный ввод/вывод. Это обусловлено тем, что никто из производителей на данный момент не может предложить комплексное решение с полным ассортиментом датчиков машинного зрения, освещения и контроллеров вспышки. "Существующие решения машинного зрения, зачастую, имеют комплектующие от четырех разных производителей оборудования," - поясняет Вальдл. - "Камера от одного производителя, система управления освещением от другого, сами осветительные приборы от третьего, а контроллер вспышки от четвертого поставщика."
Точная синхронизация
Обмен данными между системами происходит через дискретный ввод/вывод, что существенно ограничивает возможности точной синхронизации и способствует возникновению задержек. Например, просто невозможно синхронизировать открытие диафрагмы объектива со вспышкой с микросекундной точностью. "Как инженер, все, что Вы можете сделать в таком случае, это увеличить длительность вспышки, чтобы обеспечить возможность срабатывания камеры." - рассказывает Вальдл. Однако, расплачиваться приходиться сроком службы светодиодной вспышки.
Конечно, можно снизить яркость света, чтобы компенсировать длительность вспышки и продлить срок службы. Но при высокоскоростных задачах длинная выдержка скажется на четкости изображения. Другим вариантом будет усиление сигнала датчика. "Но это приведёт к шуму и общему ухудшению полученного изображения," - констатирует Вальдл. "Получается замкнутый круг."
Машинное зрение от B&R объединяет камеру, освещение и контроллер вспышки в единую систему. Такое решение имеет существенные преимущества: поскольку управление светом и система автоматизации синхронизированы с микросекундной точностью, длительность вспышки может быть минимальной. Это продлевает срок службы светодиодов, обеспечивая при этом четкое изображение даже самых быстро движущихся объектов. Освещение объекта получается равномерным и ярким, что обеспечивает высокую степень повторяемости результатов. Таким образом существенно повышается качество изображения.
Высокая интенсивность
"Чрезвычайно короткая длительность вспышки позволяет подавать на светодиоды ток до 300% от номинала" - отмечает Вальдл. Решение B&R позволяет добиться такого уровня интенсивности свечения, которого невозможно достичь при традиционном подходе. Это позволяет сократить выдержку, уменьшить шум и максимально снизить восприимчивость к постороннему свету.
"Машины стоят в производственном цеху, где в течение суток меняются условия освещения, поэтому зачастую посторонний свет тоже является источником ряда проблем." - рассказывает Вальдл. Устранение этого фактора может существенно улучшить качество результатов измерений и проверок. Добиться снижения влияния естественного освещения в производственном помещении машиностроители могут, используя при проектировании громоздкий, дорогостоящий корпус или вспышки высокой интенсивности.
Равномерное освещение
Для приложений с использованием систем машинного зрения крайне важна высокая степень повторяемости, поэтому каждый объект должен быть освещен одинаково равномерно. Этого можно добиться, используя интеллектуальные вспышки. Каждый светодиод в решении от B&R оснащен специальной линзой, которая обеспечивает равномерное рассеивание света. Все вспышки и системы подсветки B&R калибруются непосредственно на заводе, поэтому нет необходимости их калибровать на объекте. Колебания температуры и время влияют на интенсивность света, генерируемого светодиодом, но эти эффекты автоматически компенсируются благодаря интеллектуальному управлению светом от B & R.
Гибкость
"В современном производстве недостаточно однозадачного узкоспециализированного машинного зрения." - подчеркивает Вальдл. В эпоху четвёртой промышленной революции и промышленного Интернета вещей переналадка оборудования "на лету" становится обычным явлением, и решение для машинного зрения так же должно иметь подобную возможность. Интегрированное решение B&R можно легко перенастроить на уровне интерфейса управления, поскольку все параметры можно хранить в качестве рецептов и вызывать их по мере необходимости.
В любое время оператор может настроить цвет освещения, длительность световой вспышки, фокусное расстояние камеры, выдержку или угол падения света, просто поменяв соответствующие настройки. Одно и то же осветительное оборудование позволяет реализовать подсветку как светлого, так и темного поля - достаточно выбрать нужные параметры.
Значение цвета
"Многие машиностроители недооценивают потенциал использования вспышек разных цветов." - отмечает Вальдл. Например, вспышки разного цвета позволяют как выделить, так и скрыть часть продукта или товарного знака. По этой причине инженеры оснастили все световые решения от B&R, в том числе камеры со встроенной светодиодной вспышкой, поддержкой до четырех различных цветов и поддержкой разного диапазона светового излучения - инфракрасного и ультрафиолетового.
Благодаря светодиодам разного цвета можно сделать несколько фотографий объекта в различных условиях освещения, чтобы получить больше характеристик объекта. Смена цвета освещения происходит настолько быстро, что со съемкой успешно справляется одна камера.
Конфигурирование вместо программирования
«Кстати, - добавляет Вальдл, - для настройки системы машинного зрения больше не требуется никакого реального программирования в традиционном смысле». Компания B&R разработала готовые программные компоненты, которые позволяют пользователям настраивать приложения просто перетаскивая мышкой нужные функции. Программные компоненты машинного зрения могут быть легко связаны с другими компонентами, которые реализуют такие функции, как управление движением, управление пользователями, управление рецептами и системы сигнализации. Поскольку они являются неотъемлемой частью машинной сети, комплексная диагностика доступна в режиме реального времени. Специалисты B&R сделали всё, чтобы максимально сократить накладные расходы на разработку приложений машинного зрения.
Автор: Штефан Хензель, главный редактор PR - службы компании B&R
Андреас Вальдл, руководитель направления интегрированного машинного зрения B&R
Продуктовая линейка осветительного оборудования от B&R
Ассортимент осветительного оборудования B&R включает в себя гибкие системы кольцевой подсветки, внешние светодиодные полосы и оборудование фонового освещения. Также имеются камеры с возможностью установки до 64 интегрированных светодиодов. Все приборы имеют встроенный контроллер вспышки и могут оснащаться светодиодами различного цвета (до 4х цветов одновременно). Доступны светодиоды, излучающие свет в видимом спектре (белый или цветной), а также ультрафиолетовые и инфракрасные светодиоды. Используя их, можно достичь оптимальных параметров освещенности, контрастности, цвета и интенсивности света для решения любой конкретной задачи.
Гибкая регулировка позволяет менять угол излучения осветительных модулей B&R в диапазоне от -40 ° до 90 °. Световые полосы доступны в виде отдельных компонентов или в формате модулей для кольцевой подсветки с четырьмя, шестью или восемью светодиодами. Камере, подключаемой к машинной сети через гибридный коннектор M12, который также обеспечивает питание 24 В постоянного тока, требуется всего один кабель. Второй разъем для гибридного подключения позволяет осуществить последовательное подключение дополнительных камер или элементов подсветки.