TwinCAT Vision – Vizualizarea proceselor integrată cu uşurinţă în tehnologia de automatizare

 

Detectarea automată, trasabilitatea şi controlul calităţii devin task-uri din ce în ce mai importante în toate stadiile de producţie. Aceste tendinţe sunt asistate de camere puţin costisitoare şi computere de performanţă ridicată, care facilitează utilizarea tehnologiei de procesare a imaginilor în mai multe zone ca oricând. Procesarea imaginilor are multiple avantaje comparativ cu inspecţia făcută de oameni, în special în ceea ce priveşte controlul calităţii. Inspecţia optică bazată pe procesarea de imagini se poate derula într-o manieră repetitivă şi determinată. Măsurarea părţilor până la nivel micrometric, care este aproape imposibilă pentru oameni, poate fi implementată cu uşurinţă.

În aplicaţii de automatizare, procesarea de imagini a fost, în mod normal, gestionată separat şi adesea direcţionată către integratori externi de sistem. Între timp, programatorii PLC s-au extins în numeroase direcţii, incluzând controlul mişcării, tehnologia siguranţei, tehnologia de măsurare şi domeniul roboticii. Astăzi este posibilă combinarea tuturor acestor funcţii într-un singur sistem de comandă-control de pe un singur calculator. În general, procesarea de imagini a rămas într-o cutie neagră, pe un calculator de înaltă performanţă, cu intrumente de configurare şi limbaje de programare specifice, ori implementată direct în camere performante special configurate. Dezavantajul folosirii unui calculator separat este reprezentat de faptul că şi cele mai mici modificări necesită date de intrare de la un specialist în locul unui programator PLC, de unde rezultă costuri ce pot fi evitate. În cazurile în care un integrator de sistem terţ este implicat, atunci şi expertiza rămâne externă. În plus, comunicaţia dintre procesarea de imagini şi sistemul de control trebuie reglată, proces care este predispus erorilor. Drept urmare, o sincronizare exactă în procesarea de imagini nu poate fi asigurată. Procese externe, precum sistemul de operare, pot afecta timpul de procesare şi timpul de transmisie, astfel încât rezultatele să nu ajungă la controller în timp util.

Noul software, TwinCat Vision, combină ambele domenii într-un sistem integrat. Configuraţia, în special cea a camerelor, este derulată în acelaşi program TwinCAT în care se face şi configuraţia pentru fieldbus-uri sau a axelor de mişcare. Pentru programare, pot fi folosite limbajele de programare PLC obişnuite. În acest fel, se pot obţine economii substanţiale din moment ce nu este nevoie să se înveţe limbaje de programare speciale şi nu este necesară folosirea unui instrument de configurare special. Dificultăţile de comunicaţie dintre procesarea imaginilor şi control nu sunt numai eliminate, dar mai mult de atât, procesarea imaginilor şi componentele de control pot comunica direct între ele, deschizând astfel noi posibilităţi de aplicaţie. Totul este integrat într-un singur program şi mediu runtime – aceasta este inovaţia principală adusă de TwinCAT Vision.

 

Arhitectura

Automatizarea bazată pe PC combină toate funcţiile de control-comandă de pe o platformă PC, astfel beneficiind de o interfaţă Gigabit Ethernet. Bazat pe Gigabit Ethernet, GigE Vision este un standard de comunicaţie care permite transmiterea sigură şi rapidă de imagini de la camere. TwinCAT Vision oferă un driver în timp real pentru interfaţa Ethernet, care pune la dispoziţie datele de imagini direct în memoria controller-ului. Cu suport pentru GigE Vision, TwinCAT Vision este de asemenea un sistem deschis care face posibilă folosirea camerelor de la un număr mare de furnizori.

Primul pas după efectuarea conectării implică, de regulă, configurarea camerei. Producătorii de camere cu interfaţă GigE Vision oferă o descriere a configurării în format GenApi. Instrumentul de configurare din TwinCAT Vision citeşte parametrii şi îi pune la dispoziţia utilizatorului într-o manieră clar aranjată. Schimbările de configurare, precum adjustarea timpului de expunere şi setarea unei regiuni de interes, pot fi făcute uşor şi rapid, iar rezultatele pot fi observate în imaginea live a camerei.

Pe lângă instrumentul de configurare a camerei, TwinCAT Vision oferă un alt instrument pentru calibrarea geometrică a camerei. Acesta determină parametrii pentru descrierea mapării de la coordonatele imaginii la coordonate reale şi vice-versa. De asemenea, este posibil să se coreleze poziţii din imagini cu coordonate reale şi să se convertească rezultatele măsurătorilor din pixeli în sistemul metric. Pe lângă distorsiuni de perspectivă, distorsiuni non-lineare ale lentilei sunt luate în considerare, care pot fi observate sub forma de distorsiuni vizibile ale imaginii.

Pentru calibrarea camerei, una sau mai multe imagini a unui model de calibrare dorit sunt necesare iniţial. Aceste imagini pot fi preluate direct în programul de engineering sau pot fi importate imagini existente. În urma specificării modelului de calibrare, parametrii sunt calculaţi automat. Pe lângă modelele standard 2D, precum modelul tablei de şah ori cel al cercurilor simetrice sau asimetrice, utilizatorii pot folosi şi modelele proprii. Acestea pot fi şi modele 3D. Ca o alternativă pentru folosirea programului de calibrare, această operaţie poate fi făcută din PLC.

 

Procesarea de imagini în PLC

Imaginile neprelucrate sunt transferate direct de la cameră în memoria router-ului PLC-ului prin GigE Vision. În acest scop, camera trebuie să fie setată pe modul de preluare imagini şi în funcţie de configuraţia camerei, imagini individuale trebuie declanşate. Funcţia block FB_VN_GevCameraControl este disponibilă pentru această procedură.

Pentru o setare foarte precisă a momentului declanşării, modulul de iesire tip EL2262 care permite sincronizarea timpului este disponibil în sistemul Bekchoff I/O şi poate fi folosit să trimită un semnal de declanşare către cameră, cu o precizie de microsecunde. Din moment ce totul se petrece în timp real într-un context temporal de o precizie ridicată, preluarea imaginilor şi poziţia unui ax, de exemplu, pot fi sincronizate cu mare precizie – o cerinţă tot mai des întâlnită de programatorii PLC.

Camere multiple pot trimite semnale output pentru evenimente predefinite, precum începerea capturii de imagini. Aceste semnale pot fi preluate prin intermediul unui modul de intrare de la Beckhoff şi apoi folosite în PLC pentru o sincronizare precisă a unor procese ulterioare.

TwinCat Vision oferă o nouă bibliotecă de procesare a imaginilor în PLC care conţine numeroase algoritmuri de procesare. De exemplu, imaginile pot fi scalate sau convertite în timpul pre-procesării la o anumita culoare disponibila, iar anumite caracteristici pot fi accentuate sau diminuate prin intermediul funcţiilor filtrelor.

Imaginea poate fi digitalizată apoi prin intermediul unor anumite praguri, procedeul fiind urmat de trasarea de contururi pe imaginea rezultată. Contururile obţinute în acest fel pot fi filtrate în funcţie de caracteristicile lor, rezultatul fiind o selecţie de contururi interesante sau porţiuni de imagini, care sunt la rândul lor potrivite pentru identificarea obiectelor şi măsurători. Cu o cameră calibrată anterior, diferite caracteristici pot fi transformate înapoi în sistemul de coordonate global, astfel încât poziţia şi datele de măsurători pot fi specificate cu precizie în coordonate reale. 

Prin integrarea TwinCAT Vision în mediul TwinCAT în timp real, sincronizarea funcţiilor de procesare de imagini poate fi monitorizată prin functia de watchdogs, care întrerupe funcţiile după o perioadă de timp definită sau într-un anumit punct din ciclul de procesare. În acelaşi timp, utilizatorul primeşte orice rezultat parţial care este valabil la momentul respectiv. În plus, funcţiile de procesare de imagini potrivite pot fi alocate automat mai multor CPU-uri pentru procesare în paralel prin intermediul aşa numitelor job tasks, astfel încât TwinCAT utilizează în mod optim capabilităţile multi-core din TwinCAT3.

În timpul analizei şi vizualizării rezultatelor, toate imaginile pot fi prezentate sub formă de imagini, nu doar sub formă de date binare. Înainte de acest pas, este posibil să se editeze rezultate, precum informaţii de poziţionare, în imagini. Cazurile de utilizare exemplară includ marcaje pe culori a contururilor de imagini filtrate sau marcarea bună/rea a părţilor. Utilizatorul este constrâns numai de limitele imaginii. Imaginile pot fi afişate direct în TwinCAT Engineering în ADS Image Watch sau pentru utilizatorul final în TwinCAT HMI.

 

PLC şi procesare de imagini într-un program universal

TwinCAT Vision combină tehnologia clasică de automatizare cu procesarea de imagini, cee ce îl face foarte uşor de utilizat. Pe partea de inginerie, configurarea camerei şi calibrarea geometrică a camerei sunt derulate direct în TwinCAT Engineering. Alte instrumente nu sunt necesare. Procesarea de imagini este programata pe baza limbajelor folosite de programatorii PLC, de exemplu IEC 61131-3, ceea ce înseamnă că nu trebuie învăţat un limbaj de programare special. În plus, este posibil să se răspundă direct în PLC rezultatelor procesării de imagini, exact în următoarea linie de cod. Prin declanşarea camerei din mediul real-time, captura de imagini şi PLC-ul sau controlul mişcării pot fi complet sincronizate.

Algoritmii de procesare a imaginilor sunt calculaţi în timp real în TwinCAT, asigurând o execuţie sincronizată între task-uri şi monitorizare în timp real prin functia de watchdogs.

TwinCAT Vision se foloseşte de capabilităţile multi-core ale TwinCAT 3 pentru a executa automat algoritmi pe diferite procesoare sau nuclee atunci când sunt valabile. Pentru această capabilitate de procesare in paralel nu este necesară programare specială din partea utilizatorului. TwinCat Vision este dedicat utilizatorilor care se confruntă cu provocări şi oportunităţi de a gestiona task-uri vizuale în cadrul sistemului de control sau care îşi doresc să facă acest lucru. Prin integrarea fără probleme, TwinCAT Vision este uşor de utilizat şi programat. De asemenea, este potrivit pentru utilizatorii care au nevoie de un grad ridicat de sincronizare între procesarea imaginilor, PLC şi controlul mişcărilor. Din moment ce întârzierile în procesare sunt eliminate iar procesarea algoritmilor este monitorizată în funcţie de timp, sistemul este capabil să răspundă direct şi determinat. Task-uri de procesare clasică de imagini precum căutarea şi recunoaşterea sau măsurarea unor părţi, pot fi făcute cu uşurinţă cu TwinCAT Vision. Pe lângă PLC, tehnologia pentru controlul mişcării, robotică şi tehnologii de măsurare, utilizatorii TwinCAT pot adăuga acum şi procesarea de imagini pe lista funcţiilor integrate în sistemul TwinCAT.

 

Dr.-Ing. Josef Papenfort,

TwinCAT Product Manager

(Articol publicat in revista Electricianul: https://www.electricianul.ro/twincat-vision-vizualizarea-proceselor-integrata-cu-usurinta-tehnologia-de-automatizare/)

By | 2018-03-23T10:00:37+00:00 March 14th, 2018|Publications|0 Comments

About the Author:

Leave A Comment