マシンビジョン分析を使用してプロセスの最適化を行う

マシンビジョンシステム 製品の検査によく利用されます。 接続時 マシンビジョンカメラ 工場現場では、ソフトウェアはパイプの亀裂、錠剤や薬の色の違いなどの視覚的な異常を検出できます。 一部のソフトウェアはプロセスを監視し、エラー、非効率、欠陥につながるパターンを検出することもできます。 メーカーは問題の根本原因を特定できれば、プロセスを調整して問題の修正に取り組むことができます。

マシン ビジョン ソリューションでは、コンピューターがカメラから視覚入力を受け取り、そこに映っているものをソフトウェアが分析します。 次に、ルールベースのアルゴリズムまたは AI を活用したソフトウェアを使用して、人間の介入の有無にかかわらず、システムは情報に基づいて動作します。 製造業では、マシンビジョンには、品質管理検査から安全性とセキュリティの監視に至るまで、多くの潜在的な用途があります。

図1： マシン ビジョン システムは、プリント基板の組み立てなどの領域での手順を監視して、プロセスの最適化に役立てることができます。

マシン ビジョンは、プロセスを最適化し、リソースを最大限に活用するためにも使用できます。 たとえば、カメラは消費財製造工場でローションのボトルなどの包装された商品の画像をキャプチャし、安全シールの破れやラベルの紛失などの異常を認識するソフトウェアに送信します。

マシン ビジョン ソフトウェアを使用すると、人間による継続的な監視を必要とせずに、機械が分析して意思決定を行うことができます。 ただし、このようなソリューションは、モデルが高品質のデータを使用してトレーニングされた場合、つまり高品質の画像が生成された場合にのみ適切に機能します。 「ゴミは入ったらゴミは出る」という言葉がここではぴったりです。 システムが離散的なルールベースのアルゴリズムまたは機械学習に基づいているかどうかにかかわらず、高品質の画像は確実な成功に役立ちます。 エマージェントのライン 10GigE, 25GigE, 100GigEマシンビジョンカメラ 配信する データ損失ゼロのイメージング 機能があり、次のように展開できます。 GPUダイレクト 画像を GPU メモリに直接転送できるテクノロジーです。 GPUDirect は、CPU 使用率ゼロとメモリ帯域幅ゼロのイメージングを提供し、Emergent の eCapture Pro ソフトウェアを通じて活用できます。

図2： ロボットにマシンビジョンカメラを追加すると、柔軟性が大幅に向上し、システムがソーラーパネルの組み立てなどのプロセスを監視できるだけでなく、ロボットが正確に動くようにガイドすることもできます。

マシン ビジョン ソリューションは、工場の組立ラインなどのプロセスを監視する際に、そのプロセス中に通常発生することのベースラインを作成するために使用できる大量のデータを収集します。 ソフトウェアはインテリジェンスを適用して効率を高め、異常を軽減します。 いくつかの例を次に示します。

• 不良原料の除去 マシンビジョン ソフトウェアは、製造プロセスの初期段階で製品の視覚的な欠陥を認識できます。 たとえば、食品生産では、マシン ビジョン ソリューションで、次のような近赤外線 (NIR) カメラや短波赤外線 (SWIR) カメラが利用される場合があります。 Emergent のエリアスキャン カメラ、傷んだ農産物の高い水分濃度を認識します。
• 問題のあるプロセスを認識する メーカーはマシンビジョンを使用して、自動車製造工場で自動車のボディに塗料を塗布するなど、既存のプロセスのパターンを観察および評価できます。 カメラが洗浄、下塗り、シーリング、塗装のプロセスをキャプチャすると、ソフトウェアは視覚データを編集して分析し、機械の故障や欠陥の根本原因を追跡します。 マシンビジョンは、接続されている他のセンサーと組み合わせて、予知保全にも利用できます。たとえば、機器の振動が過剰になったことを認識し、メーカーがダウンタイムを引き起こす前に問題を解決できるようにします。
• 継続的なプロセス改善 時間の経過とともに、マシン ビジョン ソリューションのアルゴリズムをトレーニングして、異常や非効率をより適切に発見できるようになります。 機械学習ソフトウェアは、メーカーの特定のプロセスの微妙な違いを学習し、最適化のための的を絞った調整や提案を行うための装備を強化します。

今日の市場にある幅広いマシン ビジョン ソリューションをプロセスの最適化に利用できます。 ユースケースに応じて、ビジョンソリューションではさまざまな形式のアナログ信号とデジタル信号を検査する必要があります。 ほとんどのソリューションは、次のカテゴリのいずれかに分類されます。

2Dマシンビジョン（エリアスキャンイメージング）
ほとんどのマシン ビジョン アプリケーションの現在のデフォルトである 2 次元マシン ビジョン ソリューションは、オブジェクトの標準 XNUMXD 画像を取得します。これは、単一部品のアイテムの検査やバーコードのスキャンに非常に適しています。 エリア スキャン カメラは、XNUMX つのフレームで画像をキャプチャする長方形のイメージ センサーを備えており、結果として得られる画像はイメージ センサーの高さと幅に対応します。 緊急オファー全体 高速エリアスキャンカメラのエコシステム その中で HR 10GigE, ボルト 25GigE, Zenith 100GigE カメラ。 センサー オプションには、Gpixel と Sony の Pregius S シリーズの最新センサーが含まれており、0.5MP から 100MP+ までの範囲で、最大 3462fps の速度を実現します。

2Dマシンビジョン（ラインスキャンイメージング）
ラインスキャンカメラ一方、リニア イメージ センサーを使用して、一度に 10 ピクセル行ずつ高速で画像を構築します。 ライン スキャン ビジョン システムでは、検査対象の物体がカメラの下のコンベアまたは同様のデバイス上を移動し、一度に 25 ピクセル行ずつ表面全体をキャプチャします。 Emergent は、100Kx4 GL2 から 3504Kx16 GL16 までの Gpixel CMOS ライン スキャン センサーに基づいた、5016GigE、70GigE、および XNUMXGigE フォーマットの複数のライン スキャン カメラ モデルを提供しています。 ライン レートの範囲は XNUMXKHz の単一ライン レートです。 10GigEペース LR-16KG35では最大400KHz 100GigE ピナクル LZ-16KG5。

2Dマシンビジョン（TDIラインスキャンイメージング）
TDI ライン スキャン カメラは、オブジェクト上の同じラインを複数回露光して、同じ照明での高速化、またはそれほど明るい照明要件での同じ速度のいずれかを可能にします。 TDI (時間遅延統合) は、センサー内の複数のラインを使用することでこれを実現します。各ラインは、エンコーダーを使用してコンベアの動きに完全に同期した露光またはライン レートで複数回露光します。 緊急オファー 10GigE, 25GigE, 100GigE TDI ラインスキャンカメラ Gpixel GLT5009BSI センサーに基づいており、速度範囲は 121KHz (10GigE) ～ 608KHz (100GigE) です。

3Dマシンビジョン
3D 画像を取得するには、ステレオ ビジョン システム、レーザー ライン三角測量、飛行時間、縞模様投影など、いくつかの方法が存在します。 3D マシン ビジョンは、3D 画像をデジタル ツインと比較できるため、複雑な部品や完成品の分析に特に役立ちます。

紫外線
可視スペクトルでは見ることができない材料の欠陥を明らかにするために、一部のマシン ビジョン ソリューションでは高速紫外線カメラが使用されます。 ユースケースには、プラスチック、ガラス、半導体、LCD の品質管理が含まれます。 Emergent は、8.1 nm ～ 487 nm の UV 波長帯での感度が向上した Sony の 200 MP UV Pregius S IMX400 CMOS イメージ センサーを搭載したカメラ モデルをいくつか提供しています。 これには、 25GigE Bolt HB-8000-SB-U と 10GigE HR-8000-SB-U カメラ。

スペクトルイメージング
マルチスペクトルおよびハイパースペクトル イメージング技術は、可視スペクトルを超えた情報をキャプチャでき、食品検査や農業イメージングなどの用途に特に適しています。

赤外線
赤外線イメージングは​​熱を検出し、他の方法では気づかれない金属部品や物体の欠陥を発見します。

製造の分野では、マシンビジョンを使用したプロセスの最適化と継続的なプロセス改善の潜在的な用途が無数にあります。 以下にいくつかの例を示します。

ラベル検査
ほとんどの消費者製品では、ラベルを印刷し、パッケージに適切に貼り付ける必要があります。 マシン ビジョンは、ラベルが逆さままたは間違った場所に貼り付けられたことの認識から、ラベルに読み取り不能になる可能性のある傷やマークがないことの確認に至るまで、ラベル検査の多くの要素を自動化する方法を提供します。 多くのラベル検査ソリューションは、テキストを識別し、それを所定の値と照合するソフトウェアの機能である光学式文字認識 (OCR) に依存しています。

在庫監視
倉庫内に取り付けられたマシンビジョンカメラやドローンに取り付けられたマシンビジョンカメラを使用して在庫を監視し、時間と労力を大幅に節約できます。 ドローンベースのソリューションは、コストと労力を大幅に節約できる可能性があり、企業の既存の倉庫管理システム (WMS) と統合して、人間の意思決定者に直接情報と推奨事項を提供できます。

設備保全
マシンビジョンは、機器の監視とメンテナンスに効果的に使用できます。 たとえば、カメラで工場の設備の画像をキャプチャすると、コンポーネントの位置ずれの原因となる小さな動きや振動をソフトウェアで監視できるようになります。 管理者は視覚化を使用して、不適切な動きを特定して測定し、故障した機器を診断できます。

プロセス最適化のためにマシンビジョンカメラを評価する場合は、意図した使用例から始めて、解像度、速度、PLC などの既存の機器との相互運用性に関するニーズを判断します。

主な考慮事項は次のとおりです。

電磁放射線感度
カメラは、モノクロからフルカラー、赤外線、紫外線まで多岐にわたります。 ユースケースとデータの種類に応じて、異なるカメラが適用されます。

解像度
0.5 MP から 8KX16 の範囲で利用可能で、カメラの解像度のニーズは、問題のユースケースでどの程度詳細な検査が必要かによって異なります。 最小視野 (FOV) と機能サイズの両方が、カメラの解像度の選択とレンズの選択に影響します。 たとえば、マイクロチップを検査するには、自動車工場で車体を検査する場合よりもはるかに小さい FOV のカメラ レンズが必要になります。

XNUMX 秒あたりのフレーム数 (FPS))
XNUMX 秒あたりのフレーム数は速度に関係します。 XNUMX 秒あたり多くのアイテムを処理するコンベア ベルトを監視するマシン ビジョン ソリューションの場合、FPS は非常に高い必要があります。 機械のメンテナンスなどの他の使用例では、高速カメラが必要ない場合があります。

インタフェース
一部のソフトウェアは特定のカメラ ブランドやモデルでのみ動作するため、マシン ビジョンを実装するメーカーにとって相互運用性は課題となる可能性があります。 メーカーは、自社の意図するソフトウェアや、PLC などの既存の工場インフラストラクチャと互換性のあるカメラを探す必要があります。

ピクセルサイズ
ピクセルは、センサーを構成する光を捉える要素です。 ほとんどのマシン ビジョン カメラのピクセル範囲は 1.85μm ～ 9μm で、ピクセル サイズが大きくなると信号対ノイズ比と彩度が向上します。

緊急のレバレッジ GigEビジョン また、独自のインターフェイスやポイントツーポイントのインターフェイスや画像収集ボードを使用する代わりに、クラス最高のパフォーマンスで、信頼性が高く堅牢なデータ収集と転送を実現するユビキタス イーサネット インフラストラクチャを備えています。 Emergent は、GPU メモリへの画像の直接転送を可能にする NVIDIA の GPUDirect などの直接転送テクノロジをサポートする、最適化された GigE Vision 実装を展開します。 GPUDirect テクノロジーにより、システムの CPU やメモリに負担や大量のデータ転送を課す代わりに、GigE Vision 標準との互換性や準拠ソフトウェアや周辺機器との相互運用性を維持しながら、GPU がデータ処理タスクを処理できるようになります。

観察する必要があるプロセスや材料の種類に応じて、カメラの要件は異なる場合があります。 Emergent Vision Technologies は、さまざまなイメージング ニーズに対応する幅広いカメラ オプションを提供します。

追加のカメラオプションについては、こちらをご覧ください。 インタラクティブなシステムデザイナーツール。