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Systèmes de vision industrielle - Introduction pour les fabricants

Les systèmes de vision industrielle sont une considération primordiale pour tout fabricant qui cherche à améliorer la qualité ou à automatiser la production, mais choisir des systèmes qui correspondent à vos exigences d'application et de propriété peut être source de confusion.

La connaissance des types de systèmes de vision industrielle sur le marché et les facteurs à prendre en compte lors de l'intégration de la vision aideront les responsables de la mise en œuvre à maintenir les coûts bas et la robustesse de l'inspection.

Les systèmes de vision industrielle peuvent être considérés comme des ordinateurs avec des yeux capables d'identifier, d'inspecter et de communiquer des informations critiques pour éliminer les erreurs coûteuses, améliorer la productivité et améliorer la satisfaction des clients grâce à la fourniture constante de produits de qualité.

Principalement utilisés pour l'inspection en ligne, les systèmes de vision peuvent effectuer des tâches répétitives complexes ou banales à haute vitesse avec une grande précision et une grande cohérence. Les erreurs ou les écarts dans le processus de fabrication sont immédiatement détectés et relayés, ce qui permet de modifier les commandes à la volée pour réduire les rebuts et minimiser les temps d'arrêt coûteux.

Des systèmes de vision sont également déployés pour des tâches non liées à l'inspection, comme le guidage de robots pour prélever des pièces, placer des composants, distribuer des liquides ou des cordons de soudure.

Les systèmes de vision industrielle sont de toutes formes et tailles pour répondre à tous les besoins d'application, mais ils ont tous les mêmes éléments de base. Chaque système de vision industrielle possède un ou plusieurs capteurs d'image qui capturent des images pour l'analyse et tous comprennent des logiciels d'application et des processeurs qui exécutent des programmes d'inspection ou des recettes définis par l'utilisateur.

De plus, tous les systèmes de vision fourniront un moyen de communiquer les résultats à l'équipement complémentaire pour le contrôle ou la surveillance de l'opérateur. Cela dit, il est important de savoir qu'il existe des différences significatives et importantes entre les systèmes de vision qui rendent un plus approprié qu'un autre pour une application donnée.

Il est également important de connaître et d'apprécier l'importance de choisir le capteur, l'éclairage et l'optique optimaux pour le travail. Ne pas le faire peut entraîner des faux rejets inattendus, ou pire, des faux positifs.

Systèmes de vision industrielle

Teledyne DALSA Systèmes de vision industrielle

Il existe de nombreuses variantes de systèmes de vision industrielle sur le marché, mais pour les besoins de cet article, nous les classerons en deux catégories: celles avec un seul capteur intégré (également connu sous le nom de caméras intelligentes) et celles avec un ou plusieurs capteurs connectés ( systèmes de vision multi-caméras).

La décision d'utiliser l'un ou l'autre dépend non seulement du nombre de capteurs nécessaires, mais également d'un certain nombre d'autres facteurs, notamment la performance, le coût de la propriété et l'environnement dans lequel le système doit fonctionner.

Les caméras intelligentes, par exemple, sont généralement conçues pour tolérer les environnements d'exploitation difficiles mieux que les systèmes multi-caméras. De même, les systèmes multi-caméras ont tendance à coûter moins cher et à offrir des performances plus élevées pour des applications plus complexes.

Une autre façon de différencier les deux classes de systèmes est de penser en termes d'exigences de traitement. Pour de nombreuses applications, telles que la fabrication automobile, il est souhaitable d'avoir plusieurs points d'inspection indépendants le long de la chaîne de montage.

Les caméras intelligentes sont un bon choix car elles sont autonomes et peuvent être facilement programmées pour effectuer une tâche spécifique et modifiées si nécessaire sans affecter les autres inspections sur la ligne. De cette manière, le traitement est "distribué" sur un certain nombre de caméras.

De même, d'autres parties de la chaîne de production peuvent être mieux adaptées à une approche de traitement «centralisé». Par exemple, il n'est pas rare que l'inspection finale de certains assemblages nécessite des capteurs 16 ou 32. Dans ce cas, un système multi-caméras peut être mieux adapté car il est moins coûteux et plus facile pour l'opérateur d'interagir avec.

Peut-être la considération la plus importante lors de la sélection de tout système de vision est un logiciel. Les capacités du logiciel doivent correspondre aux besoins de l'application, de la programmation et de l'exécution. Si ce n'est pas le cas, vous vous retrouverez à investir plus de temps et d'argent que vous n'auriez prévu pour essayer de conformer le système à vos attentes.

Si vous débutez dans la vision industrielle ou si les exigences de votre application sont simples, vous devez sélectionner un logiciel facile à utiliser (ne nécessitant pas de programmation), incluant des fonctionnalités de base (par exemple, recherche de motif, recherche de code, 2D, OCR) et peut s'interfacer avec des dispositifs complémentaires en utilisant des protocoles d'usine standard.

Si vos besoins sont plus complexes et que vous êtes à l'aise avec la programmation, vous pouvez rechercher un progiciel plus évolué offrant davantage de flexibilité et de contrôle. Dans les deux cas, assurez-vous que le logiciel que vous choisissez est disponible sur toutes les plates-formes de système de vision au cas où vous auriez besoin de migrer en raison de l'évolution des exigences d'inspection.

Systèmes de vision industrielle

Facteurs de mise en œuvre à considérer pour les systèmes de vision industrielle

IMAGE Résolution du Capteur

Les capteurs d'image convertissent la lumière collectée par la pièce en signaux électriques. Ces signaux sont numérisés en un ensemble de valeurs appelées "pixels" qui sont traitées par le système de vision lors de l'inspection. Des capteurs d'image peuvent être intégrés dans le système, comme dans le cas d'une caméra intelligente, ou dans une caméra qui se fixe sur le système.

La résolution (précision) de l'inspection dépend en partie du nombre de pixels physiques dans le capteur. Un capteur VGA standard a des pixels physiques 640 x 480 (largeur x hauteur), et chaque pixel physique a environ 7.4 microns carrés. A partir de ces chiffres, la résolution peut être estimée pour vos unités "monde réel". Les capteurs d'images utilisés par les systèmes de vision sont hautement spécialisés, et donc plus chers que par exemple, une webcam.

Tout d'abord, il est souhaitable d'avoir des pixels physiques carrés. Cela rend les calculs de mesure plus faciles et plus précis.

Deuxièmement, les caméras peuvent être déclenchées par le système de vision pour prendre une photo sur la base d'un signal de partie en place.

Troisièmement, les caméras ont une exposition sophistiquée et des obturateurs électroniques rapides qui peuvent «geler» le mouvement de la plupart des pièces lorsqu'elles descendent la ligne.

Les capteurs d'image sont disponibles dans de nombreuses résolutions et interfaces différentes pour répondre à tous les besoins d'applications. Dans de nombreux cas, plusieurs capteurs d'image sont déployés pour inspecter de grandes pièces ou des surfaces différentes de la même pièce.

CAPTEUR DE SÉLECTION LENTILLES

Chaque capteur a besoin d'une lentille qui recueille la lumière réfléchie (ou transmise) de la pièce à inspecter pour former une image sur le capteur. L'objectif approprié vous permet de voir le champ de vision (FOV) souhaité et de placer l'appareil photo à une distance de travail convenable de la pièce.

La distance de travail correspond approximativement à la distance entre l'avant du capteur et la pièce à inspecter. Une définition plus précise prend en compte la structure de la lentille et le corps de la caméra.

Considérons cet exemple: Si une pièce à inspecter est 4 "wide by 2", vous aurez besoin d'un FOV légèrement plus grand que 4 ", en supposant que vous pouvez positionner la pièce dans ce FOV.

En spécifiant le champ de vision, vous devez également prendre en compte le "ratio d'aspect" de la caméra - le rapport de la largeur à la vue en longueur. Les capteurs utilisés avec les systèmes de vision ont généralement un rapport d'aspect 4: 3, de sorte que l'exemple 4 "x 2" correspondrait à la dimension du capteur, mais une partie 4 "x 3.5" nécessiterait un champ de vision plus grand.

À partir du champ de vision, de la distance de travail et des spécifications de la caméra, la distance focale de la lentille peut être estimée. La distance focale est un moyen courant de spécifier des lentilles et est, en théorie, la distance derrière l'objectif où les rayons lumineux «de l'infini» (rayons de lumière parallèles) sont mis au point.

Les distances focales communes pour les lentilles dans la vision industrielle sont 9mm, 12mm, 16 mm, 25 mm, 35 mm et 55 mm. Lorsque les calculs sont effectués, la distance focale estimée ne correspondra probablement pas exactement à l'une de ces valeurs communes. Nous choisissons généralement une distance focale proche, puis ajustons la distance de travail pour obtenir le champ de vision désiré.

La plupart des fournisseurs de vision ont des outils qui vous aideront à calculer l'objectif le plus proche de votre FOV et de la distance de travail. Il existe d'autres spécifications importantes pour les objectifs, telles que la quantité et le type de distorsion optique introduite par l'objectif et la précision de focalisation de l'objectif.

ECLAIRAGE SOURCE

L'oeil humain peut voir bien sur un large éventail de conditions d'éclairage, mais un système de vision industrielle n'est pas aussi capable. Vous devez donc allumer soigneusement la pièce à inspecter afin que le système de vision puisse clairement «voir» les caractéristiques que vous souhaitez inspecter. Idéalement, la lumière devrait être régulée et constante afin que les changements de lumière observés par le système de vision industrielle soient dus à des changements dans les pièces inspectées et non à des changements de la source lumineuse.

Alors que certains algorithmes de vision peuvent tolérer certaines variations de lumière, une implémentation bien conçue éliminera toute incertitude. Lors de la sélection d'une source lumineuse, le but est d '«amplifier» les éléments de la pièce que vous voulez inspecter et «atténuer» les éléments dont vous ne tenez pas compte. Un éclairage adéquat rend l'inspection plus rapide et plus précise, tandis qu'un mauvais éclairage est une cause majeure d'échec de l'inspection.

Généralement, il est recommandé d'éviter d'utiliser la lumière ambiante, telle que la lumière suspendue, car cela peut varier avec le temps. Les lumières d'usine peuvent battre, brûler, obscurcir ou se bloquer. De même, s'il y a des fenêtres près de la station d'inspection, les changements de lumière extérieurs peuvent avoir un effet négatif sur la robustesse du système. La sélection de l'éclairage approprié nécessite des connaissances et une expérience que la plupart des fournisseurs peuvent fournir lors de l'évaluation de l'application.

PRÉVISIBLE PRESENTATION PARTIE

Il est important de considérer comment les pièces seront présentées au système de vision pour inspection. Si la pièce n'est pas présentée de manière cohérente, vous n'obtiendrez pas le résultat souhaité. Par conséquent, vous devrez vous assurer que la surface de la pièce que vous souhaitez inspecter est tournée vers le capteur lors de l'exécution.

Ensuite, vous devrez décider si la partie doit être inspecté en mouvement ou à l'arrêt. Si la partie est en mouvement, le mouvement sera probablement besoin d'être "gelé" en tournant la lumière sur brièvement sur ou en utilisant la fonction de l'obturateur électronique haute vitesse du capteur (de série sur la plupart des capteurs de vision industrielle).

Dans ce cas, vous devrez fournir un déclencheur au capteur pour qu'il sache quand prendre une photo. Le déclencheur est généralement généré par un capteur photo-oeil qui détecte le bord avant de la pièce à mesure qu'il se déplace dans la zone d'inspection. Si la pièce est stationnaire, par exemple indexée ou positionnée devant le capteur par un robot, le capteur peut être déclenché pour prendre une photo d'un automate ou du robot lui-même.

Enfin, si vous inspectez des pièces à très grande vitesse, vous devrez probablement optimiser le positionnement des pièces pour réduire le temps de traitement. Gardez à l'esprit lors de la conception de votre système que tout consomme de la bande passante de traitement. Ainsi, lorsque vous envisagez un système de vision pour l'inspection à haute vitesse, vous devriez essayer de déterminer quelles sont vos exigences essentielles ou simplement agréables.

Armé de connaissances, de soutien et d'un fournisseur réputé, le coût de la mise en œuvre de solutions de vision sur le sol de l'usine sera remboursé de nombreuses fois grâce à une qualité accrue, une efficacité de production et une réduction des déchets.

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