Wawerek Zabielski.indd - Pomiary Automatyka Robotyka

Pomiary Automatyka Robotyka 4/2008
Autonomiczne stanowisko kontroli wizyjnej
detali
Zbigniew Wawerek
Marcin Zabielski
W ciągu ostatniego roku Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów
zrealizował między innymi autonomiczne stanowisko kontroli wizyjnej detali na zamówienie firmy Gedia Poland z Nowej Soli. Firma ta
jest znanym i cenionym producentem podzespołów dla przemysłu
motoryzacyjnego. Przykłada dużą wagę do kontroli jakości wyrobów
w pełnym zakresie, niezależnie, czy są one wytwarzane na stanowiskach zrobotyzowanych, czy też stanowiskach obsługiwanych przez
pracowników montażu.
Zadaniem stanowiska jest kontrola kompletności detali oraz ich selekcja na wykonane prawidłowo i niekompletne. Stanowisko zostało zaprojektowane jako
autonomiczne i mobilne. Zastosowanie odpowiedniej
konstrukcji oprogramowania oraz kilku kamer usytuowanych przestrzennie umożliwia zaprogramowanie
kontroli kilkudziesięciu typów detali o różnym kształcie. Dzięki temu zrealizowana została koncepcja stanowiska ogólnego przeznaczenia. Widok stanowiska
jest przedstawiony na fot. 1.
Fot. 1.
Budowa i działanie stanowiska
Stanowisko kontroli zostało zbudowane na konstrukcji transportera taśmowego. Poniżej taśmy transportowej znajduje się szafka sterownicza z falownikiem
napędu transportera. Wzdłuż taśmy transportującej
detale, w przedniej części transportera, zamonto-
26
mgr inż. Zbigniew Wawerek, mgr inż. Marcin
Zabielski – Przemysłowy Instytut Automatyki
i Pomiarów, Warszawa
wane są przestawne prowadnice detali. Zadaniem
ich jest wstępne ustawienie kontrolowanego detalu
na środku taśmy. W środkowej części transportera
znajduje się zespół kamer, który jest obudowany lekką
konstrukcją, osłaniającą kamery od zewnętrznych
źródeł światła. W tylnej części transportera znajduje
się selektor detali, działający na zasadzie zapadni dla
detali niekompletnych. Detale wykonane prawidłowo
są transportowane do opakowania zbiorczego, w tym
przypadku jest to dostawiony na palecie pojemnik
z kartonu. Detale niekompletne są odrzucane do zamykanego kosza metalowego, którego ściany boczne,
dla lepszej widoczności wnętrza, są wykonane z siatki
metalowej. W przedniej części transportera, powyżej taśmy transportowej, znajduje się szafka sterownicza stanowiska. W szafce tej znajdują się główne
elementy sterujące pracą stanowiska: przemysłowy
komputer klasy PC oraz mikroprocesorowy moduł
pozycjonowania detali. Na przedniej ścianie szafki
znajduje się, widoczny na fot. 1, monitor LCD oraz
grupa przycisków.
Po włączeniu zasilania stanowiska następuje faza
automatycznej kontroli i testowania działania poszczególnych podzespołów. W przypadku, gdy zostanie wykryty stan awaryjny, np. brak obecności sprężonego
powietrza, na monitorze wyświetlany jest odpowiedni
komunikat, a stanowisko pozostaje nieaktywne, w stanie oczekiwania na interwencję operatora. Jeśli wyniki
wszystkich testów są pozytywne, na ekranie wyświetlane jest okno z wizualizacją stanu pracy.
Następnie pracownik obsługi wybiera typ kontrolowanego detalu, wykorzystując przyciski znajdujące
się poniżej monitora LCD. Po potwierdzeniu dokonanego wyboru, następuje uruchomienie działania
transportera taśmowego i stanowisko jest gotowe do
pracy. W trakcie pracy, program sterujący monitoruje
poprawność działania stanowiska.
Cykl pracy stanowiska rozpoczyna się od położenia
detalu na taśmie transportowej, tak jak na fot. 1. Detal
transportowany jest w stronę zespołu kamer i detektora wykrywającego obecność nowego obiektu na taśmie. Detektorem tym jest laserowy czujnik odbiciowy,
Pomiary Automatyka Robotyka 4/2008
ustawiony tuż nad taśmą przenośnika. Po wykryciu nowego detalu przez czujnik, detal ten przemieszcza się
o zaprogramowaną wcześniej odległość, a następnie
zatrzymuje się. Odległość ta jest tak dobrana, aby detal
znalazł się w centrum pola widzenia wybranej kamery
lub kamer. Parametrem sterowania dla osiągnięcia zadanego położenia jest czas ruchu. W realizacji tej funkcji
uczestniczy mikroprocesorowy moduł pozycjonujący.
Po zatrzymaniu detalu, program sterujący pracą stanowiska załącza wybrane oświetlacze, wybiera program
analizy wizyjnej odpowiedni dla danego detalu i uruchamia jego działanie. Czas kontroli wizyjnej wynosi
od kilkudziesięciu do kilkuset milisekund, w zależności od liczby realizowanych zadań kontrolnych dla danego typu detalu. Po dokonaniu kontroli transporter
jest uruchamiany ponownie. W zależności od uzyskanego wyniku kontroli, selektor detali realizuje funkcje:
transportu do opakowania zbiorczego lub odrzucenia
detalu, kończąc w ten sposób cykl pracy.
poszczególnych oświetlaczy, wyzwalanie programów
kontroli wizyjnej, a także dobór parametrów sterowania.
Oprogramowanie sterujące
i wspomagające wprowadzanie
nowych detali
Stanowisko jest wyposażone w 5 kamer typu Guppy
F-046B firmy Allied Vision Technologies. Są to kamery monochromatyczne o rozdzielczości 780x580
pikseli, typu progressive scan z interfejsem wyjściowym wykonanym w standardzie FireWire (IEEE
1394). Kamery te zapewniają możliwość płynnego
programowania czasu ich ekspozycji.
Przy każdej z kamer znajduje się dwusekcyjny oświetlacz elektroluminescencyjny.
Kamery są usytuowane przestrzennie. Jedna z kamer,
znajdująca się nad taśmą przenośnika, jest ustawiona
prostopadle do płaszczyzny taśmy przenośnika. Dwie
kolejne, umieszczone nad taśmą, są ustawione naprzeciw siebie pod pewnym kątem względem płaszczyzny
taśmy. Pozostałe dwie są umieszczone na poziomie
taśmy transportera, po obydwu jej stronach.
Takie ustawienie kamer zapewnia możliwość wybrania obrazu lub obrazów, na których elementy podlegające kontroli są najlepiej widoczne. Dla uzyskania dobrego oświetlenia elementów kontrolowanych można
wybrać i włączyć tylko te oświetlacze lub ich wybrane
sekcje, które to zapewniają. Czasy ekspozycji kamer są
dobierane indywidualnie dla każdej kamery, która jest
wykorzystywana w programie kontroli konkretnego
detalu.
Programy kontroli wizyjnej mogą składać się z jednej lub kilku procedur, w których będzie wykorzystywany obraz z jednej lub kilku kamer w zależności od
potrzeb.
Do analizy wizyjnej obrazu z kamer został zastosowany program NeuroCheck 5.1 firmy NeuroCheck
GmbH. Strukturę sprzętową widzianą od strony programu analizy wizyjnej prezentuje rys. 4. Poza kamerami
program współpracuje z cyfrową kartą wejść/wyjść.
Jeśli obraz z jednej kamery nie obejmuje wszystkich
kontrolowanych elementów, gdyż np. występują one
w dwóch płaszczyznach, to można utworzyć program
składający się z dwóch procedur z wykorzystaniem
obrazu z np. dwóch różnych kamer.
System operacyjny komputera to powszechnie znane
Windows XP. W środowisku tego systemu działa nadrzędny program sterujący pracą stanowiska o nazwie
G2App, program analizy wizyjnej NeuroCheck oraz
program testowy o nazwie G2T.
Program sterujący G2App realizuje pełne sterowanie automatyczną pracą stanowiska i funkcje diagnostyczne, a także prowadzi proste statystyki pracy stanowiska: zlicza kontrolowane detale, podaje ile było
poprawnych, ile błędnych oraz określa procentowy
wskaźnik błędów.
Fot. 2. Okno nadrzędnego programu sterującego, przedstawiające
stan pracy stanowiska kontroli wizyjnej. Liczba detali błędnych
zasymulowana dla prezentacji
Program G2T nie jest aktywny w trybie pracy automatycznej. Służy on do testowania stanowiska w trybie
pracy ręcznej oraz do wspomagania programisty piszącego programy kontroli wizyjnej dla nowo wdrażanych detali, umożliwiając m.in. włączanie i wyłączanie
Fot. 3. Okno programu
testowego
Opracowane w PIAP na potrzeby
stanowiska aplikacje sterująca
G2App (fot. 2) i testowa G2T
(fot. 3) powstały w środowisku
Borland Delphi 2005, które doskonale nadaje się do tworzenia tego
typu programów sterująco-wizualizacyjnych, a szczególnie tych
wykorzystujących bazy danych.
Kontrola wizyjna
27
Pomiary Automatyka Robotyka 4/2008
W związku z tym, że głównym zadaniem procedur
jest identyfikacja obecności elementu i zliczanie liczby
elementów na obrazie, podstawowym narzędziem wykorzystywanym w tych procedurach są funkcje filtracji
obrazu oraz funkcje poszukiwania wzorca (Template
Matching). Realizacja, czyli wykonanie programu kontroli wizyjnej polega, w pewnym uproszczeniu, na wyszukaniu na obrazie rzeczywistym kontrolowanego detalu elementów nas interesujących i określeniu stopnia
podobieństwa tych elementów do elementu lub elementów wzorcowych. Liczba elementów wzorcowych może
być większa od jednego.
Program analizy wizyjnej NeuroCheck 5.1 jest
wyposażony w całą gamę różnych funkcji, które pozwalają na realizację wielu różnych zadań, np. odczyt
i weryfikacja napisów i oznaczeń kodowych, funkcje
pomiarowe. Szczegółowe informacje o możliwościach
oprogramowania są dostępne na stronie www.neurocheck.com.
Podsumowanie
Zaprezentowane stanowisko kontroli wizyjnej zostało
wdrożone do kontroli jakości produkcji i jest już od
kilku miesięcy w eksploatacji. Uzyskano założoną
Fot. 4. Struktura sprzętowa
wcześniej szybkość działania, która przewidywała
widziana od strony
kontrolę 15 detali w ciągu minuty. Dzięki swej uniprogramu analizy wizyjnej
wersalności i otwartej strukturze,
s t a n o w i s ko m o ż e
w przyszłości służyć
do kontroli nowych
typów detali, które
zostaną zaprojektowane i wprowadzone do produkcji za
Przyjmowany stopień kokilka lub kilkanaście
relacji obrazu elementu rzemiesięcy. Stanowisko
czywistego i wzorcowego
zostało zaprojektozależny jest od liczby szczegówane z myślą o tym,
łów wzorca oraz od możliwoaby wprowadzanie
ści występowania elementów
nowych programów
wadliwych bardzo podobnych
kontroli i modyfikado elementów prawidłowych.
cja już istniejących
Fot. 5. Wynik kontroli przykładowego detalu w środowisku
programu NeuroCheck 5.1
W przypadku, gdy w wyniku
by ł y dokony wa ne
realizacji programu kontroli
samodzielnie przez
wizyjnej zostanie wyszukana oczekiwana liczba elemenprzeszkolonych pracowników firmy, w której dokotów kontrolowanych, a stopień ich korelacji z wzorcami
nano wdrożenia. Jest to rozwiązanie o tyle wygodne,
będzie nie niższy od zadanego, uzyskujemy pozytywny
że wprowadzanie nowych programów kontroli może
wynik kontroli. Wizualizację wyniku kontroli przykłabyć realizowane w dogodnym czasie, nie kolidując
dowego detalu w środowisku programu NeuroCheck
z realizacją bieżących zadań produkcyjnych
5.1 przedstawiono na fot. 5.
28