Системы машинного зрения Baumer Smart Vision: обзор и применение

Линейка продуктов Smart Vision от компании Baumer Electric представляет собой семейство интеллектуальных сенсоров и камер, предназначенных для реализации задач машинного зрения в промышленной автоматизации. Эти устройства спроектированы как законченные решения, которые объединяют в одном корпусе оптику, освещение, процессор для обработки изображений и интерфейсы связи. Их ключевое отличие от традиционных систем машинного зрения, требующих отдельной камеры, блока освещения, ПК со специализированным программным обеспечением и сложной интеграции, заключается в простоте настройки и эксплуатации. Продукты Smart Vision нацелены на выполнение конкретных прикладных задач — от контроля размеров и наличия компонентов до позиционирования роботов — без необходимости глубоких знаний в области программирования или обработки изображений.

Принцип действия устройств Smart Vision основан на выполнении предустановленных алгоритмов анализа изображения. Пользователь настраивает параметры работы сенсора через интуитивный веб-интерфейс или с помощью специализированного программного обеспечения, задавая условия проверки или измерения. Сенсор самостоятельно захватывает изображение, обрабатывает его по выбранным алгоритмам и выдает результат в виде дискретного сигнала, данных через промышленный сетевой протокол или по интерфейсу IO-Link. Это позволяет интегрировать системы зрения непосредственно в технологические линии для автоматического контроля качества, сортировки, подсчета объектов и обеспечения точности роботизированных операций.

Принцип действия и сферы применения

Технология Smart Vision базируется на двух основных типах устройств: интеллектуальных датчиках профиля и видеосенсорах. Датчики профиля предназначены для высокоточных двухкоординатных измерений в плоскости XZ или XY. Они проецируют лазерную линию на объект и анализируют ее деформацию, вычисляя такие параметры, как высота, ширина, угол или смещение. Видеосенсоры, в свою очередь, работают с обычными двухмерными изображениями и используются для более широкого круга задач, включая проверку наличия компонентов, распознавание текста, считывание кодов и определение положения объектов.

Области применения продуктов Smart Vision охватывают множество отраслей промышленности, включая автомобилестроение, производство электроники, упаковку, фармацевтику и робототехнику.

Основные сферы применения:

• Контроль геометрии и размеров: проверка критических размеров деталей, таких как диаметры валов, высота уплотнителей, наличие фаски или контроль зазоров между сопрягаемыми поверхностями с точностью до микрометров.
• Контроль качества сборки: проверка наличия и правильности установки компонентов на печатных платах, контроль наличия пломб, этикеток, винтов или других элементов конструкции.
• Робототехнические системы: точное определение координат и ориентации деталей для операций захвата и перемещения роботами, проверка корректности положения объекта после его установки.
• Идентификация и сортировка: считывание данных матричных кодов, штрихкодов и текста для отслеживания продукции и автоматизации логистических процессов.

Продуктовая линейка и ключевые особенности

Линейка Smart Vision структурирована по типам решаемых задач, что позволяет пользователю выбрать оптимальное устройство для конкретного применения.

Умные датчики профиля

Данные сенсоры сочетают в себе лазерный профилометр и вычислительный блок для выполнения высокоточных измерений. Они предназначены для задач, где критична точность линейных и угловых размеров.

• Высокое разрешение измерений, достигающее 5 микрометров.
• Встроенная панель измерительных инструментов для настройки различных типов замеров.
• Простая параметризация через веб-интерфейс без написания кода.
• Широкий выбор моделей, различающихся по рабочему расстоянию, разрешению и размеру поля измерения.
• Поддержка промышленных сетей и интерфейсов: IO-Link, Ethernet/IP, PROFINET, Modbus TCP.

Видеосенсоры VeriSens

Эти устройства представляют собой универсальные системы для контроля качества на основе анализа двумерных изображений. Они оснащены библиотекой предустановленных функций для решения типовых задач инспекции.

• Библиотека, включающая более 20 функций проверки, таких как поиск объекта по шаблону, проверка площади, подсчет объектов, распознавание текста и считывание кодов.
• Функция автоматического выравнивания, компенсирующая незначительные отклонения положения объекта перед камерой.
• Быстрая настройка с помощью программного обеспечения VeriSens Application Suite.
• Интегрированные порты ввода-вывода и поддержка стандартов Industrial Ethernet.

Решения для робототехники

Специализированные сенсоры и программные плагины для интеграции с роботизированными системами, в частности с коллаборативными роботами Universal Robots.

• Набор функций проверки, адаптированный для задач позиционирования и верификации в робототехнике.
• Автоматическая калибровка системы «камера-робот» для упрощения внедрения.
• Простая интеграция в среду программирования робота через специальные плагины.
• Совместимость с collaborative robots, что позволяет быстро настраивать систему для совместной работы с человеком.

Технологические преимущества для инженера-практика

Простота интеграции и эксплуатации

Главным достоинством решений Smart Vision является их ориентированность на конечного пользователя, который может не быть специалистом в машинном зрении. Настройка умных датчиков профиля осуществляется через веб-интерфейс, доступный с любого компьютера в сети, где пользователь задает параметры измерения графическим способом. Для видеосенсоров VeriSens предоставляется программное обеспечение с интуитивным графическим интерфейсом, позволяющее конфигурировать сложные проверки перетаскиванием элементов. Это значительно сокращает время ввода системы в эксплуатацию и позволяет оперативно вносить изменения в процесс контроля без остановки производства.

Расширенная связность и совместимость

Продукты Baumer Smart Vision поддерживают широкий спектр промышленных интерфейсов, что обеспечивает их легкую интеграцию в существующую автоматизированную систему предприятия. Поддерживаемые протоколы включают PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP и IO-Link. Последний не только передает дискретные сигналы, но и позволяет обмениваться параметрами и данными диагностики, что упрощает техобслуживание и мониторинг состояния сенсоров. Кроме того, поддержка OPC UA обеспечивает прямую связь с системами верхнего уровня, такими как MES и SCADA, что соответствует принципам построения цифровых производств в рамках концепции Индустрии 4.0.

Признание и инновации

Технологические решения Baumer неоднократно отмечались профессиональным сообществом. Например, платформа камер QXF, поддерживающая стандарт GigE Vision 3.0 и технологию RDMA, была удостоена престижной награды. Технология RDMA позволяет передавать данные изображения с высокой скоростью, значительно снижая нагрузку на центральный процессор системы. Это устраняет необходимость в использовании специализированных плат захвата изображения и позволяет создавать более производительные и экономичные системы машинного зрения.

Практические аспекты внедрения

Советы по выбору конфигурации

Выбор конкретного решения из линейки Smart Vision зависит от решаемой задачи, требуемой точности и условий эксплуатации.

• Для задач, связанных с прецизионным измерением профиля, высоты или смещения в диапазоне микрометров или десятков микрометров, оптимальным выбором являются умные датчики профиля. Они обеспечивают высокую скорость и точность измерений в одной плоскости.
• Для задач визуального контроля качества, таких как проверка наличия меток, контроль целостности пайки, считывание текста или проверка сложных сборочных узлов, лучше подходят видеосенсоры VeriSens благодаря своей универсальности и обширной библиотеке функций.
• При автоматизации роботизированных ячеек, особенно с использованием коллаборативных роботов, следует рассматривать специализированные решения для робототехники, которые поставляются с готовыми программными компонентами для упрощения интеграции.

Нюансы эксплуатации

Для стабильной и надежной работы систем машинного зрения необходимо учитывать несколько факторов.

• Важную роль играет правильная организация освещения. Хотя многие сенсоры Baumer имеют встроенную подсветку, в некоторых случаях может потребоваться дополнительное внешнее освещение для подавления бликов или повышения контрастности.
• Функция автоматического выравнивания в видеосенсорах VeriSens позволяет компенсировать незначительные смещения объекта, но для достижения максимальной точности рекомендуется по возможности жестко фиксировать положение объекта относительно камеры.
• Использование технологий, снижающих нагрузку на CPU, таких как RDMA в камерах серии QXF, позволяет строить более масштабируемые системы, где один компьютер может обслуживать несколько камер высокого разрешения без потери производительности.

Заключение

Линейка продуктов Smart Vision от Baumer Electric предлагает комплексный подход к автоматизации задач контроля и измерения с помощью технологий машинного зрения. Эти продукты занимают нишу между простыми фотоэлектрическими датчиками и сложными системами на основе ПК, предлагая золотую середину — высокую функциональность и точность при сравнительной простоте настройки и интеграции. Благодаря широкому модельном ряду, поддержке промышленных стандартов и ориентации на практическое применение, решения Smart Vision позволяют эффективно решать задачи в различных отраслях промышленности, способствуя повышению качества продукции и автоматизации производственных процессов.