Руководство по внедрению и развертыванию: добавление ИИ-зрения на существующую производственную линию

Добавление ИИ-зрения на существующую линию лучше всего выполнять поэтапно: провести аудит линии, выбрать точку контроля, спланировать систему визуализации и подключение к ПЛК, обучить систему на реальных изображениях, провести проверку параллельно с текущим процессом, а затем передать систему персоналу, который будет ее эксплуатировать. Пропуск любого из этапов — самая частая причина, по которой модернизация останавливается после установки.

В этом руководстве каждый этап описан простыми словами для производственных и технических команд, занимающихся добавлением контроля на уже работающее оборудование, где пространство, проводка и время простоя ограничены.

Основные выводы

• Успех или провал модернизации зависит от физических деталей: доступного пространства, крепления, освещения, питания и сигнала, запускающего камеру. Их следует проанализировать до выбора системы.
• Лучшая точка контроля — это место, где дефект можно надежно обнаружить как можно раньше, до того как к детали будет добавлена дополнительная стоимость. Также необходимо предусмотреть место для выполнения действия по результату, например, отбраковочный механизм или сигнал остановки.
• Интеграция обычно является самым большим источником задержек. Триггер, выходной сигнал «годен/не годен» и обмен данными с ПЛК должны быть определены на бумаге до дня установки.
• Изображения для обучения должны быть получены в ходе реального производства с учетом разных смен, материалов и партий, а также включать пограничные случаи. Небольшой, но разнообразный набор данных обычно работает лучше, чем большой и однородный.
• Запуск новой системы параллельно с текущим процессом, прежде чем она начнет чем-либо управлять, позволяет создать протокол проверки и снизить риски. Смарт-камеры серии VS подходят для простой модернизации, а серия VS-G — для линий, где требуется несколько камер или хранение изображений.

Что включает в себя добавление ИИ-зрения на существующую линию?

Добавление ИИ-зрения означает установку камер, освещения и блока обработки на линию, которая не была для этого спроектирована, с последующим подключением к оборудованию, которое перемещает, сортирует или останавливает детали. Программное обеспечение для зрения — это лишь одна часть. Остальное — это механический монтаж, электрическая проводка, связь с ПЛК и план действий на случай обнаружения бракованной детали.

Модернизация отличается от создания новой линии одним важным аспектом. Нет места для изменения компоновки, поэтому система должна вписаться в существующие конвейеры, ограждения и приспособления. Это делает предварительный осмотр объекта более ценным, чем любая отдельная функция продукта.

Шаг 1: Аудит линии перед выбором системы

Краткий аудит предотвращает большинство сюрпризов. Он должен охватывать пункты, приведенные ниже, каждый из которых должен быть зафиксирован в письменном виде.

• Скорость линии и расстояние между деталями: максимальное количество деталей в минуту и зазор между ними, что определяет время, доступное для захвата и обработки изображения.
• Подача деталей: прибывают ли детали в одном и том же положении и ориентации, останавливаются ли они, замедляются или движутся непрерывно в точке контроля.
• Физическое пространство: место для камеры, рабочее расстояние объектива, освещение и любые защитные кожухи, а также доступ для очистки и регулировки.
• Окружающая среда: вибрация, пыль, влажная уборка, температура и окружающий свет от окон, дверей доков или близлежащих светильников.
• Коммуникации и управление: доступное питание, сетевые подключения, свободные входы и выходы ПЛК, а также тип используемого ПЛК.

Аудит также позволяет определить, справится ли с задачей смарт-камера или линии требуется система на базе контроллера. Компактные универсальные камеры подходят для ограниченного пространства и автономных станций. Для линий с несколькими камерами и высокоскоростных станций может потребоваться контроллер, управляющий несколькими камерами одновременно.

Шаг 2: Выбор точки контроля

Расположение камеры так же важно, как и то, что она видит. Три вопроса помогут определить место установки.

Первый — как рано можно обнаружить дефект. Обнаружение дефекта до дальнейшей сборки или обработки предотвращает добавление стоимости к детали, которая будет отбракована. Второй — насколько стабильна подача деталей в этой точке. Позиция, где детали неподвижны и хорошо зафиксированы, дает более стабильные результаты, чем та, где они еще находятся в движении. Третий — может ли линия выполнить действие по результату в этой точке. Решение «годен/не годен» полезно только в том случае, если отбраковочный механизм, дивертер или сигнал остановки находятся достаточно близко по ходу движения, чтобы удалить деталь.

Если одна камера не может увидеть все необходимое, вторая точка контроля или второй ракурс могут быть более надежными, чем попытка заставить один обзор выполнять слишком много задач.

Шаг 3: Планирование визуализации

Большинство проблем при модернизации, которые проявляются позже, были заложены на этом этапе. Изображение должно четко и стабильно показывать дефект, смена за сменой.

Освещение и окружающий свет

Освещение контролирует контрастность, от которой зависит надежность обнаружения дефекта. Метод должен соответствовать поверхности: фоновая подсветка для силуэтов, низкоугловой свет для царапин и вмятин, рассеянный свет для блестящих плоских деталей. На существующих линиях часто присутствует неконтролируемый окружающий свет, поэтому использование простого кожуха или корпуса вокруг станции является обычной практикой, предотвращающей изменение изображения из-за солнечного света или верхнего освещения.

Поле зрения и монтаж

Поле зрения должно охватывать весь диапазон положений детали с некоторым запасом, сохраняя при этом размер наименьшего дефекта в пикселях достаточным для обнаружения. Монтаж должен быть жестким, так как вибрация и смещение кронштейнов — частые причины дрейфа настроек. Камеры с программно-управляемым оптическим зумом, такие как функция ZoomTrax в серии VS, позволяют регулировать поле зрения после установки без замены объективов, что помогает, когда реальная линия отличается от чертежей.

Шаг 4: Планирование интеграции

Интеграция связывает систему зрения с остальной частью линии, и это этап, который чаще всего выбивается из графика. Следующие пункты должны быть согласованы до установки.

• Триггер: что дает команду камере на захват изображения, например, сигнал датчика или выход ПЛК, и через какое время после этого сигнала деталь оказывается в нужной позиции.
• Вывод результата: как передаются статусы «годен», «не годен» и ошибки — через дискретные входы/выходы или промышленный сетевой протокол, поддерживаемый как камерой, так и ПЛК.
• Действие по отбраковке: какое устройство удаляет бракованную деталь, как далеко оно находится и как ПЛК отслеживает бракованную деталь до этой точки.
• Обработка сбоев: что делает линия, если камера не готова, теряет триггер или возвращает ошибку (например, остановка, оповещение или передача деталей на ручной контроль).
• Данные: что регистрируется, где хранится и кто это проверяет.

Поддержка интерфейсов различается в зависимости от модели, поэтому каждый пункт следует сверять со спецификациями рассматриваемой системы. Предварительное составление списка сигналов и временной диаграммы позволяет механическим и управляющим командам работать параллельно, а не ждать друг друга.

Шаг 5: Сбор изображений и обучение ИИ

ИИ-контроль учится на примерах, поэтому качество примеров определяет качество результата. Изображения должны быть получены с реальной линии, а не с лабораторного стенда.

Хороший обучающий набор охватывает нормальный диапазон процесса: разные смены, партии материалов, операторов и условия освещения. Он включает хорошие детали, явные дефекты и пограничные случаи, поскольку именно в пограничных ситуациях принимать решения сложнее всего. Редкие дефекты бывает трудно собрать, поэтому команды часто начинают с дефектов, которые встречаются чаще всего, и добавляют остальные по мере их появления.

Разнообразного набора из нескольких десятков изображений может быть достаточно для начала работы с некоторыми инструментами ИИ, и этот набор будет расти по мере того, как система будет получать больше данных о процессе. Полезно сохранять изображения с первого дня, включая изображения качественных деталей, поскольку этот архив станет материалом для обучения для последующих улучшений. Серия VS-G имеет встроенное хранилище изображений в контроллере для этой цели.

Шаг 6: Проверка перед запуском

Проверка доказывает, что система работает на реальной линии, прежде чем она начнет чем-либо управлять. Поэтапный подход снижает риски.

Параллельная работа

В теневом режиме новая система проверяет детали и записывает результаты, в то время как существующий процесс остается под контролем. Затем ее результаты сравниваются с текущей проверкой и с известными качественными и бракованными образцами. Это показывает, где система согласна с текущими данными, где она расходится и почему.

Измеряйте то, что важно

Ключевыми результатами являются уровень ложных отклонений, когда качественные детали отбраковываются, уровень пропусков, когда бракованные детали проходят проверку, и повторяемость результатов в течение смен. Контрольные тесты, при которых через линию пропускаются заведомо дефектные детали, позволяют убедиться, что реальные дефекты обнаруживаются. Система, которая отбраковывает слишком много качественных деталей, потеряет доверие оператора, поэтому ложные отклонения заслуживают такого же внимания, как и пропуски.

Настройка и повторное тестирование

При изменении настроек их следует повторно протестировать на сохраненных изображениях, чтобы убедиться, что предыдущие результаты не изменились. Функция проверки настроек серии VS-G делает это путем воспроизведения сохраненных изображений для предлагаемого изменения перед его вводом в эксплуатацию.

Подтверждение критериев приемки

Целевые показатели прохождения/отбраковки, условия тестирования и роли ответственных лиц должны быть зафиксированы до начала проверки, чтобы решение о запуске основывалось на согласованных данных.

Шаг 7: Запуск и передача в эксплуатацию

Запуск — это переходный этап, а не финишная черта. Система должна переходить от мониторинга к управлению поэтапно, например, сначала включив действие отбраковки в одну смену, а затем во все смены, как только результаты станут стабильными.

Передача в эксплуатацию не менее важна. Операторы должны знать, что означают индикаторы и что делать, если деталь не прошла проверку. Техническому обслуживанию необходим регламент для очистки линз, проверки креплений и подтверждения интенсивности освещения. Инженерному отделу необходим контролируемый доступ к настройкам с записью того, что было изменено, когда и почему. Системы с сохраненными изображениями и инструментами проверки упрощают ведение такой записи, а руководство по устранению неполадок машинного зрения описывает, как диагностировать проблемы, возникающие после запуска.

Команды, планирующие добавить больше станций, должны рассматривать первую линию как шаблон. Повторное использование той же платформы, структуры настроек и процесса обучения ускоряет каждое последующее развертывание. Руководство покупателя по выбору системы контроля на базе ИИ содержит информацию о том, как сравнивать платформы, а руководство по окупаемости и периоду возврата инвестиций в ИИ-контроль описывает, как измерять результаты.

Распространенные ошибки при модернизации систем ИИ-зрения

Большинство проблем при модернизации повторяются в разных проектах, и большинство из них можно предотвратить.

• Выбор системы до проведения аудита: продукт, выбранный первым, может не подойти по габаритам, скорости или элементам управления.
• Неконтролируемое окружающее освещение: проверка, которая работает ночью и дает сбой в полдень, обычно является проблемой освещения.
• Обучение на чистых образцах деталей: модели, обученные на стендовых деталях, часто испытывают трудности с реальными отклонениями на линии.
• Позднее планирование интеграции: неясные моменты срабатывания триггеров или отслеживания отбраковки являются частым источником задержек.
• Отсутствие плана действий при неисправности: линия должна иметь определенное поведение на случай, если система технического зрения недоступна.
• Отсутствие владельца после запуска: настройки «плывут», когда никто не несет за них ответственности.

KEYENCE поддерживает клиентов от выбора до эксплуатации линии, включая инструктаж по эксплуатации на месте и послепродажную поддержку. Демонстрация или тест на реальных деталях, которые можно запросить через страницу демонстрации и тестирования, — это практичный первый шаг. Для команд, планирующих модернизацию, доступны дополнительные системы машинного зрения и отраслевые приложения.

Часто задаваемые вопросы

Да. Компактные смарт-камеры и системы на базе контроллеров используются на существующих линиях. Основными требованиями являются место для установки камеры и освещения, надежный триггер и способ реагирования на результат, например, отбраковочный затвор или сигнал остановки для ПЛК.

Это зависит от приложения, объема работ по интеграции и того, какой объем проверки требуется. Механический монтаж и настройка изображений часто являются более быстрыми этапами, в то время как интеграция ПЛК и проверка требуют больше внимания. Письменный план и список сигналов в начале сокращают график.

Обычно лишь ненадолго. Большая часть работы, такая как аудит, планирование сигналов и сбор изображений, может быть выполнена во время работы линии. Монтаж и подключение обычно требуют короткой запланированной остановки, после чего система может работать в режиме мониторинга, не влияя на производство.

Через дискретные входы и выходы, промышленный сетевой протокол или и то, и другое. Сигнал триггера запускает захват изображения, а результат прохождения/отбраковки возвращается в ПЛК, который отслеживает деталь до устройства отбраковки. Поддерживаемые интерфейсы зависят от модели, поэтому их следует уточнять в спецификациях.

Это зависит от инструмента и приложения. Некоторые инструменты ИИ могут начать работу с нескольких десятков изображений, но разнообразный набор из реального производства, включая пограничные детали, важнее, чем большой объем.

Теневой режим запускает новую проверку параллельно с существующим процессом, не позволяя ей управлять линией. Он создает запись о том, как система работает на реальном производстве, прежде чем она начнет принимать какие-либо решения.

• Система технического зрения со встроенным ИИ серии VS

Система технического зрения со встроенным ИИ

Серия VS

• Высокопроизводительная система технического зрения с ИИ серии VS-G

Высокопроизводительная система технического зрения с ИИ

Серия VS-G