如何為智能工廠選擇小型機器視覺系統?
【高工機器人綜合報道】
機器視覺在智能工廠中扮演著重要的角色,可以有效增加產能、提升產品合格率。在選擇小型機器視覺系統時,傳統工業智能相機的優勢是體積小、集成度高、便于開發使用;嵌入式機器視覺系統的優勢則在于配置相當彈性,可配備較高等級的CPU處理器,支持多通道相機,以及具備高擴展性。是否有更新型態的小型機器視覺系統,可以兼具兩者的優點,同時具備降低成本,滿足需求越來越嚴苛與快速的視覺應用考驗? 智能工廠對機器視覺的需求 性能與處理能力。如何提升產能,系統性能與處理能力(throughput)扮演著關鍵的角色。就一般機器視覺系統而言,高分辨率與高幀率(每秒顯示幀數)就像魚與熊掌一樣,不可兼得。在一般實際的應用中,通常是高分辨率但低幀率或低分辨率但高幀率的應用組合。如果想要兩者兼得,惟一的出路就是使用高端CPU處理器來補足分辨率與幀率加乘出來的結果。如何以合理的成本,取得最佳的處理性能,是系統開發人員所關心的。 產線環境。工廠的環境通常是較為惡劣的,例如在飲料生產包裝的產線,系統可能會直接接觸到液體。而在工具機加工的環境中,則是充滿切削工件的惡劣環境。如果機器視覺系統必須就近配置在嚴苛的產線環境中,那么選擇具備防水、防塵能力的產品才能達到該需求。 多組生產工作站。在工廠環境中,一個成品的上市,從組件的制造、半成品的取放、質量的檢驗到出貨的包裝,必須要經過層層不同的工作站。舉例來說,CNC機臺負責組件的車削加工,通過工業機器人的取件,通過工業相機讓工件定位后,才開始進行工件的切割;完成后進入到檢測的站臺,進行缺陷檢測;過關的成品在包裝區進行出貨條形碼的掃讀。多組生產工作站之間,如何讓系統之間容易整合與溝通,是工廠是否智能化的一大關鍵。 軟件開發環境。軟件解決方案開發的難易度與整合度,是所有導入智能化系統的工程人員心中的一大擔憂,也往往是決定項目成敗的最重要因素。如何縮短開發時間,降低系統開發成本,是重要的關鍵。 選擇小型機器視覺系統的決勝點 處理器計算性能。傳統智能相機因為體積小,在有限的空間里,散熱能力會受到限制,因而僅能搭載單核Atom處理器或ARM架構的處理器,雖然其功耗較低,但因性能有限,故僅能完成單一任務的圖像分析處理,如計數、掃描條形碼等。隨著IntelAtomTME3840處理器系列的發布,相比前一代處理器系列提升兩倍的處理性能,且同時還擁有低功耗的優勢。這意味著小體積也能帶來高性能,多任務的圖像處理得以被實現。新一代的小型機器視覺系統可具備同時進行尺寸測量、計數、定位、二維碼讀取等多任務處理的能力,從持有成本來看,具備一臺抵多臺的能力。 圖像傳感器與圖像質量的優劣。圖像傳感器是機器視覺系統的靈魂,傳感器的尺寸直接代表著圖像的質量。在過去,智能相機的應用定義在初級的圖像檢測上,傳感器的尺寸與圖像質量的優劣,并不容易被凸顯。然而如果要將機器視覺應用在高端高速的檢測應用上,那么傳感器的尺寸,就成為選擇系統時,必須要考慮的要點。 卷簾快門(Rollingshutter)與全局快門(Globalshutter)的比較。卷簾快門與全局快門的不同在于畫面曝光的時間差。卷簾快門是通過電子信號告訴感光組件,依序曝光,直到整個畫面曝光完成。而全局快門是在曝光時,“同時”曝光整個畫面。隨著系統處理性能的提升,系統性能將不再是瓶頸,若有高速移動對象的檢測的需求,采用全局快門傳感器能采集到無殘影的,正確的圖像。 協處理器。在機器視覺圖像采集與分析的過程中,圖像質量占了重要的關鍵。如果可以在圖像進入分析之前,就對采集的圖像進行質量優化,可確保圖像分析的正確。在過去的應用中,圖像數據采集到系統后,必須通過系統處理器進行計算與圖像質量優化,因為受限于CPU計算資源,能夠處理的圖像數據量也會受到限制。然而,若能通過FPGA的支持,將圖像的矩陣計算,在進到CPU計算之前,即做好過濾以及優化的處理,可以大幅加速圖像處理的性能,降低CPU資源,一方面可以把系統資源留給機器視覺系統的核心—圖像算法,另一方面可以更實時的處理大數據量的圖像,讓高速以及復雜的圖像處理與分析,得以被實現,預處理功能例如查找表(lookuptable)、感興趣區域(ROI,RegionofInterest),陰影校正(ShadingCorrection)等圖像質量優化功能。 GPU繪圖與多媒體圖像處理性能。新一代IntelAtomTME3840處理器相比前一代IntelAtomTMD2550處理器系列計算性能提升六倍左右,可通過IntelHDGraphics4000技術,同時處理多通道的圖像壓縮傳輸。通過CPU與GPU性能的提升,圖像檢測結果可以被記錄、存盤,或者是提供原始資料進行進一步的對比與分析,讓工廠的信息系統具備更智能的功能。 系統顯示性能。在工廠環境中,傳統智能相機僅能通過以太網傳輸數據,以供中控端的監控使用。若該機器視覺系統可支持VGA輸出接口,則該機器視覺系統可以同時通過VGA以及以太網絡端口輸出圖像,連接至HMI或產線端的屏幕,實時檢查結果,發現問題,將可有效提升產線性能。 64位架構。圖像分析軟件因為需要處理的數據量大,市場上主流的應用軟件多已經支持64位。所以機器視覺系統的選擇,當然也必須選擇支持64位的系統,才得以發揮該應用最大的效益。 系統存儲容量。小型機器視覺系統的儲存容量的大小,代表的意義是使用者可以存儲更多的圖像辨識對比樣本,也可存儲檢測數據,或進行備份。對于整體系統的穩定性是非常有益的。 總體擁有成本的考慮。系統購置的總體擁有成本,并非僅考慮機器視覺系統本身的成本。使用者是聰明的,如何從總體擁有成本的角度協助客戶降低費用,才是王道。 |