SmartRunner - 2D senzor pro přesnou detekci profilů,kvality dílů,třídění zboží,správnosti založení

04. leden 2018Autor : David P .

Poslední léta jsou v průmyslové automatizaci ve znamení laserového rozmachu. Zprvu se jednalo o 1D senzory, které díky silnému světelnému toku dosahují jak velkých detekčních vzdáleností, tak vysoké rozlišovací schopnosti. Za tu dobu se také zvýšila jejich spolehlivost a třída bezpečnosti na kterou je kladen v průmyslovém odvětví velký důraz. Proč tedy nevzít všechny dosažené schopnosti i do světa 2D? 

Technologie 2D senzoru

Principů snímání ve 2D prostoru je několik, nejzajimavější si dnes ukážeme. Triangulační princip měření, proč právě tento? Odpověď hledejme opět ve zkušenostech a praxi u klasických optických senzorů s konvenčními zdroji světla (LED a IR LED). Obrovskou výhodou je měření úhlů (úhlu odrazu a dopadu světla na předmět), díky čemuž se eliminovala náchylnost na barevnost, poréznost, odrazivost snímaného předmětu. Jednoduše řečeno - senzor nezajímá kolik světla se vrací zpět, ale jeho úhel. Díky tomu se můžeme bavit o materiálech, které dokáže vyhodnotit, kupříkladu černá matná guma, leštěný hliník, apod. Další obrovskou výhodou triangulace s použitím CCD čipu je rozlišovací schopnost na desetiny milimetru.

Zaměřili jsme se na senzory Smartrunner Detector a Smartrunner Matcher. Jaký je v nich rozdíl? 

 Charakteristika

Výstup z kamery, triangulační princip Výstup z kamery, triangulační princip

Zprvu si ukážeme jejich princip měření, který je shodný stejně jako jejich vzhled. Na obrázku lze vidět vysílací část tvořenou laserem a optikou, dále pak přijímací část tvořenou odraznou plochou a kamerou. Výsledkem na základě úhlu odraženého světla je obraz, který je tvořen z šířky a hloubky objektu - 2D. Dále senzor disponuje nasvětlovacími LED diodami pro čtení maticových kódů pro parametrizaci bez počítače, např. přímo na stroji. Tato funkce umožňuje zjednodušit proces čtení profilu a konfiguraci snímače. Snímač dokáže signalizovat rozdíly ve formě binárního výstupu (Log 1 nebo Log 0) nebo komunikovat přes RS485 komunikaci. Napájením je pak průmyslový standard 24 VDC. Výhodou je v neposlední řadě funkce "Teach-IN", kterou lze senzor nastavit jedním stiskem tlačítka nebo impulzem z PLC. V případě využití komunikace, pak skrze PLC získáváme další informace, například diagnostická data, informace o skenovaném objektu a jeho prostorovém posunutí od nastaveného normálu, což mohou být informace nezbytné pro polohování robota, manipulátoru či zakladače.Výhodou je i otočný kloub konektoru, kterým lze kabel natočit do požadované pozice.

Smart Runner Detector s vyhodnocováním pozadí, cíleno na jednoduchost...

Snímání předmětu v prostoru - Smartrunner Detector Snímání předmětu v prostoru - Smartrunner Detector

Na první pohled snímač stejný jako Matcher avšak s odlišnou funkcí. Detector je senzor, který se naučí jakýkoliv 2D profil a odlišnost Vám bude spolehlivě detekovat. Díky parametrizaci sami nastavíte, co je pro Vás ještě správný profil a co už je mimo toleranci. Navíc je senzor primárně určen na vyhodnocování pozadí - opět osvědčený princip z bežných optických senzorů. Jak to tedy celé funguje?

Detekční pole senzoru je 700mm, rozlišovací schopnost nám ukazuje následující obrázek. Jak jsem již zmínil na začátku, senzor se dokáže adaptovat na pozadí, které se naučí a jakýkoliv rozdíl následně vyhodnotí. Výstupem je pak Background (Log 1 a Log 0) a Object (Log 1 a Log 0).Na základě těchto údajů dokážete bezpečně rozlišit i aplikace vyžadující drobné

Závislost rozlišení na vzdálenosti - Smartrunner Detector Závislost rozlišení na vzdálenosti - Smartrunner Detector

změny polohy. K tomu, aby se senzor naučil daný profil či pozadí postačí stisk jednoho tlačítka na vrchní straně senzoru. Druhé tlačítko slouží k rychlému přečtení maticových kódů,kterými se konfigurují další funkce. Vyhledávací pole, kde senzor hledá předmět pro detekci je dáno snímacím úhlem kamery a vzdálenosti od senzoru. Toto pole je konfigurovatelné, označováno jako ROI (region of interest). Skrze volně dostupný software Vison configurator lze ROI a tolerance nastavit. Stejně tak, podobně jako u fotoaparátu, čas expozice, dobu nasvícení. To se hodí ve chvíli, kdy předmět splývá s pozadím a potřebujeme jeho konturu "vytáhnout".

Software Vision configurator Software Vision configurator

Tím docílíme výborné citlivosti na tmavší či porezní materiály nebo naopak snížime na odrazivé materiály se kterými se již automatický režim nedokáže vyrovnat z důvodů velké odlišnosti. Ve chvíli, kdy máme senzor parametrizovaný, uložíme konfiguraci do senzoru a data můžeme zazálohovat i do počítače pro budoucí použití.

Smart Runner Matcher - měříme a rozlišujeme!

Smartrunner matcher - snímání profilu Smartrunner matcher - snímání profilu

Hardware tohoto senzoru je naprosto totožný s Detectorem s tím, že cílová skupina možností nasazení je zaměřena právě na měření, porovnávání a rozlišování. Senzor se opět nastavuje pomocí "rychlých" Teach-IN tlačítek, maticovými kódy nebo softwarem, ať už pomocí PC či PLC, které mohou mimo jíné sbírat data o diagnostice, správné pozici, tak i tzv X-Z shift, čili posun vůči naučené pozici. To otevírá dveře nejen k vyhodnocení a rozlišovaní profilu, ale i nezbytnou část pro navigaci např.robotické ruky.

Závislost rozlišení na vzdálenosti-Matcher Závislost rozlišení na vzdálenosti-Matcher

Rozlišovací schopnost u tohoto senzoru je v desetinách milimetrů až na vzdálenost 350mm. Díky tomuto benefitu lze senzor nasadit na přesné manipulátory, robotizovaná pracoviště, zakladače, ať už na snímání správného tvaru,správného založení, tak na hlídání kvality, barevnosti, variace apod.. Ano, software je složitější, máme zde jak ROI okno, tak ROI okno tolerance. Můžeme zvolit, kde se bude předmět nacházet + toleranci, kterou jsme schopni akceptovat. Tím vyvoříme přesný model, podle kterého se vnitřní algoritmus senzoru bude řídit. Dalšími parametry, který senzor přizpůsobí prostředí ještě více, je nastavení času závěrky, nasvícení nebo ponechání měření v automatickém režimu.

Nastavitelné tolerance Matcheru Nastavitelné tolerance Matcheru

Další možnosti nastavení pak jsou : 

  • Průměrná odchylka naučeného profilu
  • Prostorová nesymetrie
  • Kontrast

Závěr:

Zbývá si data zazálohovat a senzor vyzkoušet na vybranou aplikaci. Tomu se budeme věnovat v příštím článku zaměřeném na praktickou část, kde se zmíníme i o příslušenství k senzoru.

Videa z konkrétních aplikací můžete shlédnout v sekci "Testy".