最新の倉庫環境を自動化するための斬新なマシン ビジョン テクノロジー

企業が競争力を維持するために効率を高め、スループットを向上させ、収益を促進する手段を模索する中、倉庫保管および物流における自動化の導入は増え続けています。世界最大の産業用ロボット市場である中国では、たとえば倉庫の自動化が急速に成長するとみられます。 13.5％の複合年間成長率 市場インテリジェンス会社インタラクト・アナリシスによると、今後 5 年間でこの傾向は続くという。

倉庫の自動化システムには、マシン ビジョン、自律移動ロボット、無人搬送車、従来の産業用ロボット、協働ロボット、モーション コントロールなどのテクノロジーを活用して、さまざまな形状とサイズがあります。特にマシン ビジョンの領域内でも、企業がさまざまなプロセスを最適化できるように、さまざまな種類のテクノロジーが導入されています。以下では、高解像度および高速カメラ、バーコード スキャナー、ソフトウェアなどのマシン ビジョン テクノロジーが今日の物流および倉庫環境に付加価値をもたらすさまざまな方法を見ていきます。

最新の倉庫および物流環境では、産業用ロボット、自律移動ロボット、 マシンビジョンカメラ、バーコード リーダー、スマート カメラ、3D カメラ、およびさまざまな種類のソフトウェア。商品が物流施設に入った瞬間から、配送のためにトラックに詰め込まれる時点まで、マシンビジョンは重要な役割を果たします。 

パレタイジング、デパレタイズ、寸法設定から高速仕分けやスキャン トンネルまで、いくつかのアプリケーション タイプが存在します。もちろん、各アプリケーションのニーズは大きく異なり、すべての倉庫アプリケーションが Emergent Vision Technologies が提供する高速、高解像度カメラに適合するわけではありません。それでも、アプリケーションが進化して高速化するにつれて、倉庫フロアの特定のタスクはこのようなカメラの恩恵を受けるでしょう。これらには次のものが含まれます。

物流施設内には、到着時の商品の損傷検査から出荷前の梱包が完全で最適化されていることの確認まで、いくつかの種類の自動検査タスクが存在します。エリア スキャン カメラとマシン ビジョン ソフトウェアを組み合わせると、文書作成などのプロセスやその他のプロセスを確実に自動化できます。これには、全体的な品質と状態を評価するために、パレット、箱、トレーラー、その他の機器の画像をキャプチャすることが含まれる場合があります。 

マシンビジョンテクノロジーは倉庫保管にも役立ち、在庫確認、損傷検出、自動保管・検索システムなどのロボット誘導などのタスクを実行します。一方、フルフィルメントでは、マシンビジョンは、パッケージの状態と寸法の検証、ピッキングと分配の検証、出荷の文書化など、いくつかのタスクを支援します。

物流および倉庫業は利益率が低い業界であるため、マシン ビジョン カメラを選択する際にはスピードと精度が重要です。グローバル シャッター エリア スキャン カメラは、製品が高速で移動しているため、物流アプリケーションに一般的に導入されており、このプロセスの停止は生産性の低下を意味します。高速カメラのおかげで、倉庫​​環境のマシン ビジョン システムはこれらのニーズに適応し、プロセスを継続的に実行できるようになりました。    

パケットやフレームがドロップされない信頼性の高い画像伝送が必要な倉庫自動化アプリケーションの場合、Emergent Vision Technologies のカメラは最適化された画像をサポートします。 GigEビジョン ストリーム プロトコル (GVSP) アプローチ。これは、すべての Emergent カメラが、コピー不要の画像転送とデータ損失ゼロのイメージング機能を提供することを意味します。これにより、最小限の CPU オーバーヘッドで効率的な画像転送が保証されます。これは、マルチカメラ システムやリアルタイム処理にとって重要です。

最新の Sony Pregius S および Gpixel CMOS センサーを搭載した Emergent の 5GigE、10GigE、25GigE カメラ、および 100GigE カメラは、品質管理やその他の多くの倉庫自動化アプリケーションに幅広いオプションを提供します。 5GigE Aeros および 10GigE HR シリーズのカメラは、次の Sony Pregius S CMOS イメージ センサーを利用しています。 

• 5.1MP IMX547: HE-5000-SBL 5GigE カメラ (45.5fps)、 HR-5000-SBL 10GigE カメラ （99fps）
• 8.1MP IMX546: HE-8000-SBL 5GigE カメラ (36.5fps)、 HR-8000-SBL 10GigE カメラ （73fps）
• 12.4MP IMX545: HE-12000-SBL 5GigE カメラ (34fps)、 HR-12000-SBL 10GigE カメラ （68fps）
• 16.13MP IMX542: HE-16000-SBL 5GigE カメラ (26fps)、 HR-16000-SBL 10GigE カメラ （52fps）
• 20.28MP IMX541: HE-20000-SBL 5GigE カメラ (21.5fps)、 HR-20000-SBL 10GigE カメラ （43fps）
• 24.47MP IMX540: HE-25000-SBL 5GigE カメラ (17.5fps)、 HR-25000-SBL 10GigE カメラ （35fps）

25GigE Bolt シリーズは、5.1MP IMX537 も活用しています。 HB-5000-SB (269fps)、8.1MP IMX536 を搭載 HB-8000-SB (201fps)、12.3MP IMX535 を搭載 HB-12000-SB (192fps)、20.28MP IMX531 を搭載 HB-20000-SB、および 24.47MP IMX530 HB-25000-SB (98fps)。

図1： 視覚誘導ロボットは、真空グリッパーを活用して、コンベヤー ラインから箱をピックアンドプレースできます。

ロボットを単独で導入すると、さまざまな業界にわたって、事前にプログラムされた反復可能なタスクを確実に自動化できます。しかし、ロボットをマシンビジョンと組み合わせると、システムの能力と柔軟性が大幅に向上し、新しい一連のアプリケーションが可能になります。倉庫や物流環境では、これは多くの場合、在庫管理、注文のピッキングと梱包、仕分け、パレタイジングとデパレタイズ、品質検査などのタスクのために、ロボットが物体の位置を特定、認識、ピッキング、配置するようにガイドすることを意味します。

多くのバーコード読み取りアプリケーションはスマート カメラとバーコード リーダーで実行されますが、マシン ビジョン カメラと 1D および/または 2D バーコードをデコードできるソフトウェアを組み合わせることが合理的なシナリオも存在します。たとえば、ビジョン誘導ロボットがすでにパレタイジング/デパレタイジング アプリケーションに導入されており、コードの読み取りとパッケージ ラベルの検証が必要になったとします。既存のカメラから取得した画像を使用することで、両方の問題を解決するための合理的なアプローチが提供されます。 

また、マシン ビジョン カメラは通常、専用のバーコード読み取りデバイスよりも高い速度と解像度を提供し、パレットが移動している場合や、離れた場所から画像を取得する場合に画像取得に役立ちます。さらに、特定のアプリケーションでは、小さなバーコードを遠くから読み取る必要がある場合や、施設が写真記録用に画像をキャプチャしたり、ドックのドアに来るときにパレット全体のビューを取得したい場合など、高解像度のカメラが必要になる場合があります。 

このような場合に備えて、Emergent は、さまざまなカメラ ファミリにわたる幅広い高解像度モデルを提供しています。 Zenith HZ-100-G 100GigE カメラ (103.7MP ピクセル GMAX32103) および Bolt HB-127-S 25GigE カメラ (127.7MP Sony IMX661) カメラ。

図2： スキャン トンネルはマシン ビジョン テクノロジーを利用して、高速でのバーコード読み取りと品質検査を行います。

ライン スキャン カメラも長年にわたり物流業界に貢献してきました。 ヴィトロニックたとえば、同社は 1990 年代に UPS の世界最大の小包配送センターに小包識別テクノロジーを導入しました。このセットアップでは、ベルトコンベア上を移動する小包のバーコードとラベルを読み取る Vitronic の固定ライン スキャン カメラ システムで読み取れなかった小包を作業員が手動でコーディングしました。現在でも、同社は Vipac 識別システムでライン スキャン カメラを使用しており、人間の作業員の代わりにマシン ビジョン ソフトウェアを利用して、読み取りが難しいバーコードの識別率を 100% 近く達成しています。 

今日の倉庫環境の高速要件を満たすために、Emergent の 10GigE、25GigE、および 100GigE ライン スキャン カメラ ファミリを確実に導入して、コピーゼロ、データ損失ゼロのイメージング機能を提供できます。モデルの範囲は次のとおりです。 4K LR-4KG35 10GigE ラインスキャンカメラ 172KHzまでの通信が可能 LZ-16KG5 100GigE ラインスキャンカメラ、400KHzに達する可能性があります。

ラベル上の偽造防止用の透かしやセキュリティ コードの検出など、特殊なイメージング技術が必要となる特定のアプリケーションが存在します。短波赤外線カメラを使用してこれらのボトルを通して画像を撮影し、正確な充填レベルを確保できます。などのカメラ HE-300-SI, HE-1300-SI, HE-3200-SI, HE-5300-SI – これらは、Eros 5GigE カメラ シリーズの一部であり、高度な Sony SenSWIR センサーを活用しています。 400 ～ 1700 nm の範囲で画像をキャプチャできます。これらのカメラは、Sony の 0.33MP IMX991、1.31MP IMX990、3.14MP IMX993、および 5.24MP IMX992 センサーをベースにしています。 

倉庫内の他の場所では、ぎらつきを生み出す光沢のある素材や反射素材の検査を伴うアプリケーションが、従来のイメージング技術に問題を引き起こします。たとえば、光沢のある缶のバーコードを読み取ることは、反射のためにほぼ不可能になる可能性があります。のような偏光カメラ HR-12000-SP  および HR-5000-SP 明るさと色が向上し、プラスチック包装検査などの用途では通常のイメージセンサーでは検出できない細部も捉えることができます。これらのカメラは、それぞれ、ソニーの 5MP Sony IMX250MZR (モノラル) と IMX250MYR (カラー)、および 12MP Sony IMX253MZR (モノラル) と IMX253MYR (カラー) をベースにしています。これらのセンサーは、すべてのレンズ上に微細なワイヤーグリッド偏光子を備えており、0 つのピクセル グループで 45°、90°、135°、4°の偏光角を持っています。グループは補間され、センサーの全体的な機能解像度が XNUMX 分の XNUMX に低下します。言い換えれば、各 XNUMX ピクセル ブロックは出力の XNUMX ピクセルに相当します。

Emergent は、最適化された GigE Vision アプローチとユビキタス イーサネット インフラストラクチャを活用して、独自のインターフェイスやポイントツーポイント インターフェイスや画像収集ボードに依存するのではなく、信頼性が高く堅牢なデータ収集と転送を実現し、クラス最高のパフォーマンスを実現します。 Emergent は、NVIDIA のような直接転送テクノロジをサポートします。 GPUダイレクト, これにより、画像を GPU メモリに直接転送できるようになります。このテクノロジーは、システムの CPU とメモリに対する大規模なデータ転送の影響を軽減し、代わりにより強力な GPU 機能をデータ処理に利用しながら、GigE Vision 標準との互換性と準拠ソフトウェアおよび周辺機器との相互運用性を維持します。

GigE ビジョンの領域内で、伝送制御プロトコル (TCP)、リモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA)、および RDMA over Converged Ethernet (RoCE) の使用につながる問題の 1 つは、受信側でイーサネット パケットを分析する必要があることです。画像データを連続した形式でアプリケーションに提供するには、イーサネット パケット ヘッダーを分割する必要があります。これはソフトウェアを使用して実行できますが、メモリ帯域幅が 3 倍になり、CPU 使用率が高くなるため、パフォーマンスが犠牲になります。 RDMA ユーザーは、従来の GigE Vision と RDMA の長所と短所を議論するときに宣伝します。 

Emergent Vision Technologies は、ゼロコピー画像転送アプローチを活用しています。これは、高速イメージングにおける最高のパフォーマンスの必須要件となっています。このアプローチでは、現在のネットワーク インターフェイス カードで利用可能な組み込みの分割機能を使用して、CPU とメモリの帯域幅を最小限に抑えます。このアニメーションは、ゼロコピー イメージ転送用に最適化された GigE Vision Stream Protocol (GVSP) を使用するシステムのゼロコピー メモリ帯域幅の使用状況を示しています。アニメーションの最初の部分は、システムが最適化されておらず、NIC のバッファーがオーバーフローすることを示しています。一方、2 番目の部分は、ゼロコピーとシステム最適化によってデータが自由かつ確実に流れることを示しています。

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。