วิชันซิสเต็มคืออะไรและจะช่วยได้อย่างไร

การทำความเข้าใจว่าวิชันซิสเต็มทำงานอย่างไรจะช่วยให้คุณระบุได้ว่าวิชันซิสเต็มช่วยแก้ปัญหาเฉพาะด้านของแอปพลิเคชันในการผลิตหรือการประมวลผลหรือไม่

ผู้คนมักไม่เข้าใจว่าการมองเห็นของเครื่องจักร (คอมพิวเตอร์เทียม) ใดที่สามารถทำได้และไม่สามารถทำได้สำหรับสายการผลิตหรือกระบวนการ การทำความเข้าใจวิธีการทำงานสามารถช่วยผู้คนตัดสินใจว่าจะแก้ปัญหาในแอปพลิเคชันหรือไม่ คอมพิวเตอร์วิทัศน์คืออะไรกันแน่ และทำงานอย่างไร

การมองเห็นประดิษฐ์เป็นเทคโนโลยีสมัยใหม่ที่มีเครื่องมือสำหรับรับ ประมวลผล และวิเคราะห์ภาพของโลกทางกายภาพ เพื่อสร้างข้อมูลที่สามารถตีความและใช้งานโดยเครื่องจักรโดยใช้กระบวนการดิจิทัล

การใช้การมองเห็นเทียมในอุตสาหกรรม

การมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์หมายถึงการใช้กล้องตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปเพื่อตรวจสอบและวิเคราะห์วัตถุโดยอัตโนมัติ ซึ่งส่วนใหญ่มักจะอยู่ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมหรือการผลิต ข้อมูลผลลัพธ์สามารถใช้ในการควบคุมกระบวนการหรือกิจกรรมการผลิตได้

เทคโนโลยีนี้ทำให้งานที่หลากหลายเป็นไปโดยอัตโนมัติโดยให้ข้อมูลที่จำเป็นแก่เครื่องจักรในการตัดสินใจที่ถูกต้องสำหรับแต่ละงาน

การใช้การมองเห็นเทียมในอุตสาหกรรมช่วยให้กระบวนการผลิตเป็นไปโดยอัตโนมัติ ซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์การผลิตที่ดีขึ้นผ่านการใช้การควบคุมคุณภาพและความยืดหยุ่นที่มากขึ้นในแต่ละขั้นตอน

ปัจจุบันการใช้การมองเห็นเทียมทางอุตสาหกรรมได้ปรับปรุงกระบวนการผลิตอย่างมาก สิ่งนี้ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงขึ้นด้วยต้นทุนที่ต่ำลง และในเกือบทุกด้านของอุตสาหกรรม ตั้งแต่ยานยนต์และอาหาร ไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และโลจิสติกส์

การใช้งานทั่วไปจะเป็นสายการประกอบที่กล้องถูกกระตุ้นหลังจากดำเนินการกับส่วนที่รับและประมวลผลภาพ สามารถตั้งโปรแกรมกล้องให้ตรวจสอบตำแหน่งของวัตถุเฉพาะ สี ขนาดหรือรูปร่างของวัตถุ และการมีอยู่ของวัตถุ

วิชันซิสเต็มยังสามารถค้นหาและถอดรหัสบาร์โค้ดเมทริกซ์ 2 มิติมาตรฐาน หรือแม้แต่อ่านตัวอักษรที่พิมพ์ออกมา หลังจากตรวจสอบผลิตภัณฑ์แล้ว สัญญาณจะถูกสร้างขึ้นเพื่อกำหนดว่าจะทำอย่างไรกับผลิตภัณฑ์ต่อไป สามารถทิ้งชิ้นส่วนลงในคอนเทนเนอร์ กำหนดเส้นทางไปยังสายพานลำเลียงย่อย หรือส่งต่อไปยังการประกอบอื่น ๆ และผลการตรวจสอบจะถูกติดตามในระบบ

ไม่ว่าในกรณีใด ระบบการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุได้มากกว่า เซ็นเซอร์ตำแหน่งอย่างง่าย.

คอมพิวเตอร์วิทัศน์มักใช้เพื่อ:

• ประกันคุณภาพ,
• การควบคุมหุ่นยนต์ (เครื่องจักร)
• การทดสอบและการสอบเทียบ
• การควบคุมกระบวนการแบบเรียลไทม์
• การเก็บรวบรวมข้อมูล,
• การตรวจสอบเครื่องจักร,
• การเรียงลำดับและการนับ

ผู้ผลิตหลายรายใช้คอมพิวเตอร์วิทัศน์อัตโนมัติแทนเจ้าหน้าที่ตรวจสอบ เนื่องจากเหมาะสำหรับการตรวจสอบซ้ำๆ มากกว่า มันเร็วกว่า เป็นเป้าหมายมากกว่า และทำงานตลอดเวลา

ระบบวิทัศน์ของคอมพิวเตอร์สามารถตรวจสอบชิ้นส่วนได้หลายร้อยหรือหลายพันชิ้นต่อนาทีและให้ผลการตรวจสอบที่สม่ำเสมอและเชื่อถือได้มากกว่ามนุษย์ ผู้ผลิตสามารถประหยัดเงินและเพิ่มผลกำไรได้ ด้วยการลดข้อบกพร่อง เพิ่มรายได้ อำนวยความสะดวกในการปฏิบัติตามกฎระเบียบและติดตามชิ้นส่วนด้วยคอมพิวเตอร์วิทัศน์

วิชันซิสเต็มทำงานอย่างไร

โฟโตเซลล์แบบแยกเป็นเซ็นเซอร์ที่ง่ายที่สุดตัวหนึ่งในด้านระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม เหตุผลที่เราเรียกมันว่า "ดิสครีต" หรือดิจิทัลก็เพราะว่ามันมีเพียงสองสถานะ: เปิดหรือปิด

หลักการทำงานของโฟโตเซลล์แบบแยกส่วน (เซ็นเซอร์ออปติคัล) คือการส่งลำแสงและตรวจสอบว่าแสงสะท้อนจากวัตถุหรือไม่ หากไม่มีวัตถุใด ๆ แสงจะไม่สะท้อนไปยังตัวรับโฟโตเซลล์ สัญญาณไฟฟ้า โดยปกติจะเป็น 24 V เชื่อมต่อกับเครื่องรับ

หากมีวัตถุอยู่ สัญญาณจะเปิดขึ้นและสามารถใช้ในระบบควบคุมเพื่อดำเนินการได้ เมื่อวัตถุถูกลบสัญญาณจะถูกปิดอีกครั้ง

เซ็นเซอร์ดังกล่าวยังสามารถเป็นแบบอะนาล็อก แทนที่จะเป็นสองสถานะคือ ปิดและเปิด มันสามารถส่งคืนค่าที่ระบุปริมาณแสงที่ส่งกลับไปยังตัวรับสัญญาณ สามารถคืนค่าได้ 256 ค่าตั้งแต่ 0 (หมายถึงไม่มีแสง) ถึง 255 (หมายถึงมีแสงสว่างมาก)

ลองจินตนาการถึงโฟโตเซลล์แบบอะนาล็อกขนาดเล็กหลายพันตัวที่จัดเรียงเป็นอาร์เรย์สี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือสี่เหลี่ยมผืนผ้าโดยมุ่งเป้าไปที่วัตถุสิ่งนี้จะสร้างภาพขาวดำของวัตถุตามการสะท้อนแสงของตำแหน่งที่เซ็นเซอร์ชี้ไป จุดสแกนแต่ละจุดในภาพเหล่านี้เรียกว่า "พิกเซล"

แน่นอนว่าโฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์ขนาดเล็กนับพันไม่ได้ใช้ในการสร้างภาพ เลนส์จะโฟกัสภาพไปยังชุดตรวจจับแสงของสารกึ่งตัวนำแทน

เมทริกซ์นี้ใช้อาร์เรย์ของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ไวต่อแสง เช่น CCD (Charge Coupled Device) หรือ CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) เซ็นเซอร์แต่ละตัวในเมทริกซ์นี้คือพิกเซล

องค์ประกอบหลักสี่ประการของระบบการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์

องค์ประกอบหลักสี่ประการของระบบการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์คือ:

• เลนส์และแสง
• เซ็นเซอร์รับภาพหรือกล้อง
• โปรเซสเซอร์;
• วิธีการถ่ายโอนผลลัพธ์ ไม่ว่าจะผ่านการเชื่อมต่ออินพุต/เอาต์พุต (I/O) หรือวิธีการสื่อสารอื่น

การมองเห็นของคอมพิวเตอร์สามารถใช้การสแกนพิกเซลสีและมักจะใช้อาร์เรย์พิกเซลที่ใหญ่กว่ามาก มีการใช้เครื่องมือซอฟต์แวร์กับภาพที่ถ่ายเพื่อกำหนดขนาด ตำแหน่งขอบ การเคลื่อนไหว และตำแหน่งสัมพัทธ์ขององค์ประกอบซึ่งกันและกัน

เลนส์จะจับภาพและส่งไปยังเซ็นเซอร์ในรูปของแสง เพื่อปรับระบบการมองเห็นของคอมพิวเตอร์ให้เหมาะสม กล้องต้องจับคู่กับเลนส์ที่เหมาะสม

แม้ว่าเลนส์จะมีหลายประเภท แต่เลนส์ทางยาวโฟกัสคงที่มักใช้ในแอปพลิเคชันการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์ ปัจจัยสามประการมีความสำคัญในการเลือก: มุมมองภาพ ระยะการทำงาน ขนาดเซ็นเซอร์กล้อง

การจัดแสงสามารถใช้กับภาพได้หลายวิธี ทิศทางที่แสงส่องเข้ามา ความสว่าง และสีหรือความยาวคลื่นเมื่อเทียบกับสีของเป้าหมายเป็นปัจจัยสำคัญอย่างยิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อออกแบบสภาพแวดล้อมการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์

แม้ว่าแสงจะเป็นส่วนสำคัญในการได้ภาพที่ดี แต่ก็มีปัจจัยอีก 2 ประการที่ส่งผลต่อปริมาณแสงที่ได้รับจากภาพ เลนส์มีการตั้งค่าที่เรียกว่ารูรับแสง ซึ่งเปิดหรือปิดเพื่อให้แสงเข้าสู่เลนส์ได้มากหรือน้อย

เมื่อรวมกับเวลาเปิดรับแสง จะเป็นตัวกำหนดปริมาณแสงที่ตกกระทบแถวพิกเซลก่อนที่จะมีการใช้แสงใดๆ ความเร็วชัตเตอร์หรือเวลาเปิดรับแสงจะเป็นตัวกำหนดระยะเวลาที่ภาพจะฉายไปยังเมทริกซ์พิกเซล

ในการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์ ชัตเตอร์จะถูกควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ โดยปกติจะมีความแม่นยำระดับมิลลิวินาที หลังจากจับภาพแล้ว เครื่องมือซอฟต์แวร์จะถูกนำไปใช้ บางตัวใช้ก่อนการวิเคราะห์ (การประมวลผลล่วงหน้า) บางตัวใช้เพื่อกำหนดคุณสมบัติของวัตถุที่กำลังศึกษา

ระหว่างการประมวลผลล่วงหน้า คุณสามารถใช้เอฟเฟ็กต์กับภาพเพื่อทำให้ขอบคมชัด เพิ่มคอนทราสต์ หรือเติมช่องว่างได้ วัตถุประสงค์ของงานเหล่านี้คือเพื่อปรับปรุงความสามารถของเครื่องมือซอฟต์แวร์อื่นๆ

การมองเห็นประดิษฐ์เป็นเทคโนโลยีที่เลียนแบบการมองเห็นของมนุษย์ และช่วยให้คุณรับ ประมวลผล และตีความภาพที่ได้รับระหว่างกระบวนการผลิตเครื่องวิชันซิสเต็มจะวิเคราะห์และถอดรหัสข้อมูลที่ได้รับระหว่างกระบวนการผลิตเพื่อทำการตัดสินใจและดำเนินการด้วยวิธีที่สะดวกที่สุดผ่านกระบวนการอัตโนมัติ การประมวลผลภาพเหล่านี้ดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์ที่เกี่ยวข้องกับเครื่อง และจากข้อมูลที่ได้รับ เป็นไปได้ที่จะดำเนินการต่อและระบุข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นในสายการประกอบ

เป้าหมายของการมองเห็นคอมพิวเตอร์

ต่อไปนี้คือเครื่องมือทั่วไปบางส่วนที่คุณสามารถใช้เพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับเป้าหมายของคุณ:

• จำนวนพิกเซล: แสดงจำนวนพิกเซลที่สว่างหรือมืดในวัตถุ
• การตรวจจับขอบ: ค้นหาขอบของวัตถุ
• การวัด (มาตรวิทยา): การวัดขนาดของวัตถุ (เช่น หน่วยเป็นมิลลิเมตร)
• การจดจำรูปแบบหรือการจับคู่รูปแบบ: ค้นหา จับคู่ หรือนับรูปแบบเฉพาะ ซึ่งอาจรวมถึงการตรวจจับวัตถุที่สามารถหมุนได้ วัตถุอื่นซ่อนอยู่บางส่วน หรือมีวัตถุอื่น
• การรู้จำอักขระด้วยแสง (OCR): อ่านข้อความอัตโนมัติ เช่น หมายเลขซีเรียล
• บาร์โค้ด, Data Matrix และการอ่านบาร์โค้ด 2 มิติ: รวบรวมข้อมูลที่อยู่ในมาตรฐานบาร์โค้ดต่างๆ
• การตรวจจับจุด: ตรวจสอบภาพเพื่อหาจุดพิกเซลที่เชื่อมต่อกัน (เช่น หลุมดำในวัตถุสีเทา) เพื่อเป็นจุดอ้างอิงสำหรับภาพ
• การวิเคราะห์สี: ระบุชิ้นส่วน ผลิตภัณฑ์ และวัตถุด้วยสี ประเมินคุณภาพ และเน้นองค์ประกอบด้วยสี

วัตถุประสงค์ของการได้รับข้อมูลการตรวจสอบมักจะใช้เพื่อเปรียบเทียบกับค่าเป้าหมายเพื่อพิจารณาว่า ผ่าน/ไม่ผ่าน หรือ ดำเนินการ/ไม่ดำเนินการ

ตัวอย่างเช่น เมื่อสแกนรหัสหรือบาร์โค้ด ค่าผลลัพธ์จะถูกเปรียบเทียบกับค่าเป้าหมายที่เก็บไว้ ในกรณีของการวัดค่าที่วัดได้จะถูกเปรียบเทียบกับค่าที่ถูกต้องและค่าความคลาดเคลื่อน

เมื่อตรวจสอบรหัสตัวอักษรและตัวเลข ค่าข้อความ OCR จะเปรียบเทียบกับค่าที่ถูกต้องหรือเป้าหมาย ในการตรวจสอบข้อบกพร่องของพื้นผิว ขนาดของข้อบกพร่องสามารถเปรียบเทียบกับขนาดสูงสุดที่อนุญาตโดยมาตรฐานคุณภาพ

ควบคุมคุณภาพ

วิชันซิสเต็มมีศักยภาพสูงในอุตสาหกรรม ระบบการมองเห็นเทียมเหล่านี้ถูกนำมาใช้ ในวิทยาการหุ่นยนต์ช่วยให้เราสามารถนำเสนอโซลูชันอัตโนมัติสำหรับขั้นตอนต่างๆ ของการผลิต เช่น การควบคุมคุณภาพหรือการตรวจจับผลิตภัณฑ์ที่มีข้อบกพร่อง

การควบคุมคุณภาพเป็นชุดของวิธีการและเครื่องมือที่จะช่วยให้เราสามารถระบุข้อผิดพลาดในกระบวนการผลิตได้ รวมทั้งใช้มาตรการที่เหมาะสมเพื่อกำจัดข้อผิดพลาดเหล่านั้น สิ่งนี้ให้การควบคุมที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นสำหรับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ทำให้มั่นใจได้ว่าเมื่อถึงมือผู้บริโภค ผลิตภัณฑ์นั้นจะเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพเฉพาะที่กำหนดขึ้น

ด้วยวิธีนี้ ผลิตภัณฑ์ที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพขั้นต่ำจะถูกแยกออกจากกระบวนการ ดังนั้น จึงช่วยลดการหยุดชะงักที่อาจเกิดขึ้นในกระบวนการผลิต ทั้งนี้ สามารถทำได้โดยดำเนินการตรวจสอบและสุ่มทดสอบอย่างต่อเนื่อง

การใช้การควบคุมคุณภาพในการผลิตมีข้อดีหลายประการ:

• เพิ่มผลผลิต
• ลดการสูญเสียวัสดุ
• ราคาตก;
• คุณภาพที่ดีที่สุดของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

การสื่อสารในคอมพิวเตอร์วิทัศน์

เมื่อได้รับจากโปรเซสเซอร์และซอฟต์แวร์แล้ว ข้อมูลนี้จะถูกส่งไปยังระบบควบคุมผ่านโปรโตคอลการสื่อสารมาตรฐานอุตสาหกรรมที่หลากหลาย

ระบบวิทัศน์ของคอมพิวเตอร์หลักๆ มักจะรองรับ EtherNet/IP, Profinet และ Modbus TCP โปรโตคอลอนุกรม RS232 และ RS485 ก็ใช้ร่วมกันเช่นกัน

I/O ดิจิทัลมักถูกสร้างไว้ในระบบการสั่งงานและทำให้การรายงานผลลัพธ์ง่ายขึ้น นอกจากนี้ยังมีมาตรฐานการสื่อสารด้วยการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์

บทสรุป

ระบบการมองเห็นประดิษฐ์มีการใช้งานที่หลากหลายและสามารถปรับให้เข้ากับอุตสาหกรรมต่างๆ และความต้องการที่แตกต่างกันของแต่ละสายการผลิต ทุกวันนี้ บริษัทใดก็ตามที่ผลิตผลิตภัณฑ์ตามมาตรฐานที่กำหนดสามารถใช้ประโยชน์จากการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการผลิตของตนได้

การทำความเข้าใจหลักการทางกายภาพและความสามารถของระบบการมองเห็นเทียมจะเป็นประโยชน์ในการพิจารณาว่าเทคโนโลยีดังกล่าวเหมาะสมกับกระบวนการผลิตในกรณีใดกรณีหนึ่งหรือไม่ โดยทั่วไปแล้ว ไม่ว่าสายตามนุษย์จะมองเห็นอะไร กล้องก็มองเห็น (บางครั้งก็มาก บางครั้งก็น้อย) แต่การถอดรหัสและส่งข้อมูลนี้อาจค่อนข้างซับซ้อน