マシンビジョンの基礎知識Vol.3

Page 1:マシンビジョンの基礎知識種類とプラットフォーム

Page 2:マシンビジョンの基礎知識マシンビジョンシステムの種類.....................................................................3 一次元ビジョンシステム......................................................................3 二次元システム.................................................................................4エリアスキャンとラインスキャンの比較..............................................5 三次元システム.................................................................................6マシンビジョンプラットフォーム....................................................................7 PC ベースのマシンビジョン.................................................................7 ビジョンコントローラ..........................................................................7 スタンドアローンのビジョンシステム......................................................8 ビジョンセンサと画像ベースのバーコードリーダ............................................................8まとめ ...............................................................................................9目次

Page 3:マシンビジョンの基礎知識マシンビジョンシステムの種類一次元ビジョンシステム一次元ビジョンは、10 ラインを 1 グループとして、直近に取得したグループとその前のグループの差を評価するなど、全体を一度にまとめて見るのではなく、デジタル信号を一度に1 ラインずつ解析します。この方法では、紙、金属、プラスチックなど不織シートやロール製品など、通常、連続したプロセスで製造される材料の不具合を検知、分類します (図 1 参照)。マシンビジョンシステムには、大まかに、一次元、二次元、三次元の 3 つのカテゴリがあります。図 1.一次元ビジョンシステムはプロセスの進行中、一度に 1 ラインずつスキャンします。上の例では、シートの欠陥が検出されます。

Page 4:マシンビジョンの基礎知識図 2.二次元ビジョンシステムは、さまざまな解像度で画像を生成できます。図 3.ラインスキャン方法は、一度に 1 ラインずつ二次元画像を構築します。二次元ビジョンシステム最も一般的な検査カメラは、エリアスキャンを行って、さまざまな解像度で二次元スナップショットを取り込みます (図 2 参照)。また、ラインスキャンを行い、1 ラインずつ二次元画像を構築する二次元マシンビジョンもあります (図 3 参照)。ラインの照明コンベヤベルトの移動方向エンコーダのシャフトIn-Sight 5000取り込まれたライン 構築された画像

Page 5:マシンビジョンの基礎知識図 4.ラインスキャンカメラは、(a.) 円柱形の対象物を展開して検査し、(b.) スペースに制限のある環境へビジョンを追加し、(c.) 高解像度の検査要件を満たして、(d.) 連続して動いている対象物を検査できます。a. b.c. d.エリアスキャンとラインスキャンの比較アプリケーションによっては、エリアスキャンシステムよりも、ラインスキャンシステムの方が適していることがあります。たとえば、円形または円柱形のパーツの検査には、パーツの表面全体をカバーするために、複数のエリアスキャンカメラが必要になります。しかし、1 台のラインスキャンカメラの前で、このパーツを回転させることで、画像を展開し、表面全体を取り込むことができます。たとえば、コンベヤのローラの隙間からカメラでパーツの底を撮影する場合、ラインスキャンシステムなら、狭いスペースにも簡単にフィットします。また、ラインスキャンシステムは、一般に従来のカメラよりも高い解像度を実現します。ラインスキャンシステムで画像を構築するには、パーツが移動している必要があるため、このシステムは連続して動いている製品に適しています。

Page 6:マシンビジョンの基礎知識これに対し、三次元レーザ変位センサアプリケーションは、わずか 1 台のカメラを使って、表面検査や体積計測を行い、三次元画像を生成します。高さマップは、対象物で反射したレーザの位置変位に基づいて生成されます。ラインスキャン同様、製品全体をスキャンするには、対象物、またはカメラの移動が必要です。キャリブレーション済みのオフセットレーザを使って、変異センサは表面の高さや平面性などのパラメータを測定し、20 µm 以内の精度で計測できます。図 6 に、ブレーキパッドの表面の欠陥を検査している三次元レーザ変位センサを示します。図 5.三次元ビジョンシステムでは、通常、複数のカメラが使用されます。図 6.1 台のカメラを使った三次元検査システム。三次元システム通常、三次元マシンビジョンシステムは、複数のカメラ、または 1 台以上のレーザ変位センサで構成されます。複数のカメラで構成された三次元ビジョンは、ロボットガイダンスアプリケーションで、パーツの位置情報をロボットに提供します。このようなシステムでは、複数のカメラをそれぞれ別の位置に取り付け、三次元空間の客観的な位置で「三角測量」を実行する必要があります。

Page 7:マシンビジョンの基礎知識マシンビジョンプラットフォームマシンビジョンは、PC ベースのシステム、三次元および複数台のカメラを使った二次元アプリケーション用に設計されたビジョンコントローラ、スタンドアローンのビジョンシステム、簡便なビジョンセンサ、画像ベースのバーコードリーダなど、いくつかの物理プラットフォームに実装できます。適切なマシンビジョンプラットフォームは、通常、開発環境、能力、アーキテクチャ、コストなどのアプリケーションの要件を考慮の上、決定されます。PC ベースのマシンビジョンPC ベースのシステムは、直接接続カメラや画像取り込みボードと簡単に連動させることができ、構成可能なマシンビジョンアプリケーションソフトウェアでも十分にサポートされています。さらに、PC は、Visual C/C 、Visual Basic、Java などおなじみの言語を使った豊かなカスタムコード開発オプションに加え、グラフィカルなプログラミング環境も提供します。しかし、開発は複雑で、長期間に及ぶ傾向があるため、通常は、大規模なシステムに限って行われ、対象も主にマシンビジョンの上級ユーザやプログラマに限定されています。ビジョンコントローラビジョンコントローラは、PC ベースのシステムが持つパワーと柔軟性をすべて提供しますが、過酷な工場環境の厳しさに耐えることができる点で優れています。ビジョンコントローラでは、適度な時間やコストをかけた開発が許されるオーダーメイドの製品向けに、三次元アプリケーション、および複数台のカメラを使った二次元アプリケーションを簡単に構成できます。これにより、さらに洗練されたアプリケーションを、コスト効率の非常に優れた方法で構成できるようになります。

Page 8:マシンビジョンの基礎知識スタンドアロンのビジョンシステムスタンドアロンのビジョンシステムは、コスト効率がよく、すばやく簡単に構成できます。このようなシステムには、カメラセンサ、プロセッサ、通信機能がすべて揃っています。また、照明やオートフォーカス光学機器を内蔵したものもあります。多くの場合、こういったシステムはコンパクトで、工場全体に設置するには値段も手ごろです。工程の重要なポイントで、スタンドアロンのビジョンシステムを使用することにより、生産工程の早い段階で欠陥を把握し、機器の問題を迅速に特定することができます。ほとんどのシステムに、Ethernet 通信機能が組み込まれているため、ユーザは工程全体にビジョンを分散させることができます。さらに、複数のシステムをまとめて、完全に管理できる、スケーラブルなビジョンエリアネットワークにリンクし、システム間でデータのやり取りを行い、これをホストに管理させることも可能です。また、ビジョンシステムのネットワークを工場や企業のネットワークにアップリンクするのも簡単です。これにより、工場内の TCP/IP 機能を持つワークステーションで、ビジョンの結果や画像、統計データなどの情報をリモートで参照できるようになります。こういったシステムには、ガイドに従った簡単なセットアップや、より高度なプログラムやスクリプトの記述が可能な環境が用意されています。スタンドアロンのビジョンシステムの中には、追加機能により簡単なセットアップを実現する開発環境と、プログラムやスクリプトを記述して、システム構成やビジョンアプリケーションのデータ処理をより厳密に制御できる柔軟性の両方を兼ね備えたものもあります。ビジョンセンサと画像ベースのバーコードリーダビジョンセンサと画像ベースのバーコードリーダには、通常、プログラミングは必要なく、使いやすいインタフェースが用意されています。これらの大半はどのようなマシンにも簡単に統合できるため、専用の工程でシングルポイント検査を実行することが可能です。また、組み込みの Ethernet 通信機能を使って、工場全体にネットワーク接続を提供することもできます。

Page 9:マシンビジョンの基礎知識まとめマシンビジョンは、工程または品質を管理するために、デジタル画像から情報を自動的に抽出します。大半のメーカーは、人間の検査員ではなく、自動化されたマシンビジョンを使っています。これは、繰り返し行われる検査作業には機械の方が適しているからです。機械は高速で、仕事に感情をさしはさむことがなく、いつまでも作業を続けられます。また、1 分間に数百、数千個のパーツを検査し、常に一定で、信頼できる検査結果を 365 日提供することも可能です。現代の製造現場で、マシンビジョンは主に計測、検査、位置決め、認識に使用されています。マシンビジョンを使用して欠陥を減らし、歩留まりを上げ、規制への準拠を推進し、パーツを追跡することにより、メーカーはコストを削減し、利益性を増大させることができます。マシンビジョンを使って、組織の無駄を減らし、ダウンタイムを最小限に抑え、工程を改善する方法の詳細については、弊社までお問い合わせください。また、オンラインでも詳しい情報をお伝えしております。• Cognex マシンビジョン• Cognex ビジョンシステム• Cognex ビジョンセンサ• Cognex 三次元ビジョン• Cognex 工業用バーコードリーダ

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