ما هي رؤية الآلة وكيف يمكن أن تساعد؟
يمكن أن يساعدك فهم كيفية عمل رؤية الماكينة في تحديد ما إذا كانت رؤية الماكينة تحل مشكلات تطبيقات معينة في التصنيع أو المعالجة.
غالبًا ما لا يفهم الناس ما يمكن أن تفعله الرؤية الآلية (الكمبيوتر ، الاصطناعية) وما لا يمكنها فعله لخط إنتاج أو عملية. يمكن أن يساعد فهم كيفية عملها الأشخاص على تحديد ما إذا كان سيحل المشكلات في التطبيق أم لا. إذن ما هي رؤية الكمبيوتر بالضبط وكيف تعمل بالفعل؟
الرؤية الاصطناعية هي تقنية حديثة تتضمن أدوات لاكتساب ومعالجة وتحليل صور العالم المادي من أجل إنشاء معلومات يمكن تفسيرها واستخدامها بواسطة آلة باستخدام العمليات الرقمية.
استخدام الرؤية الاصطناعية في الصناعة
تشير رؤية الكمبيوتر إلى استخدام كاميرا واحدة أو أكثر لفحص الكائنات وتحليلها تلقائيًا ، غالبًا في بيئة صناعية أو تصنيعية. يمكن بعد ذلك استخدام البيانات الناتجة للتحكم في العمليات أو أنشطة الإنتاج.
تعمل هذه التقنية على أتمتة مجموعة واسعة من المهام من خلال تزويد الآلات بالمعلومات التي تحتاجها لاتخاذ القرارات الصحيحة لكل مهمة.
يسمح استخدام الرؤية الاصطناعية في الصناعة بأتمتة عمليات الإنتاج ، مما يؤدي إلى نتائج إنتاج أفضل من خلال استخدام مراقبة الجودة ومرونة أكبر في كل مرحلة.
حاليًا ، أدى استخدام الرؤية الصناعية الصناعية إلى تحسين عمليات الإنتاج بشكل كبير. وقد أتاح ذلك الحصول على منتجات ذات جودة أعلى بتكاليف أقل وفي جميع مجالات الصناعة تقريبًا ، من السيارات والأغذية إلى الإلكترونيات والخدمات اللوجستية.
سيكون الاستخدام المعتاد هو خط التجميع حيث يتم تشغيل الكاميرا بعد إجراء عملية على جزء يأخذ الصورة ويعالجها. يمكن برمجة الكاميرا للتحقق من موضع كائن معين ولونه وحجمه وشكله ووجود الشيء.
يمكن للرؤية الآلية أيضًا البحث عن الرموز الشريطية القياسية لمصفوفة ثنائية الأبعاد وفك تشفيرها أو حتى قراءة الأحرف المطبوعة. بعد التحقق من المنتج ، يتم عادةً إنشاء إشارة تحدد ما يجب فعله بالمنتج بعد ذلك. يمكن إسقاط الجزء في حاوية ، أو توجيهه إلى ناقل فرعي ، أو تمريره إلى عمليات تجميع أخرى ، ويتم تتبع نتائج الفحص في النظام.
على أي حال ، يمكن أن توفر أنظمة رؤية الكمبيوتر معلومات أكثر بكثير عن كائن ما مجسات الموقف البسيط.
تُستخدم رؤية الكمبيوتر بشكل شائع ، على سبيل المثال ، من أجل:
- سؤال وجواب ،
- السيطرة على الروبوت (آلة) ،
- الاختبار والمعايرة ،
- التحكم في العملية في الوقت الحقيقي ،
- جمع البيانات،
- مراقبة الآلة ،
- الفرز والعد.
يستخدم العديد من الشركات المصنعة رؤية الكمبيوتر الآلية بدلاً من أفراد التفتيش لأنها مناسبة بشكل أفضل لعمليات التفتيش المتكررة. إنه أسرع وأكثر موضوعية ويعمل على مدار الساعة.
يمكن لأنظمة الرؤية الحاسوبية أن تفحص مئات أو آلاف الأجزاء في الدقيقة وتوفر نتائج فحص أكثر اتساقًا وموثوقية من البشر.من خلال تقليل العيوب وزيادة الإيرادات وتسهيل الامتثال وتتبع الأجزاء برؤية الكمبيوتر ، يمكن للمصنعين توفير المال وزيادة ربحيتهم.
كيف تعمل رؤية الآلة
تعد الخلية الكهروضوئية المنفصلة واحدة من أبسط أجهزة الاستشعار في مجال الأتمتة الصناعية. السبب في أننا نسميها "منفصلة" أو رقمية لأنها تحتوي على حالتين فقط: تشغيل أو إيقاف.
مبدأ تشغيل الخلية الكهروضوئية المنفصلة (المستشعر البصري) هو إرسال شعاع ضوئي وتحديد ما إذا كان الضوء ينعكس على جسم ما. إذا لم يكن هناك جسم ، فلن ينعكس الضوء على مستقبل الخلية الكهروضوئية. يتم توصيل إشارة كهربائية ، عادة 24 فولت ، بالمستقبل.
في حالة وجود الكائن ، يتم تشغيل الإشارة ويمكن استخدامها في نظام التحكم لتنفيذ إجراء ما. عندما يتم حذف الكائن ، يتم إيقاف تشغيل الإشارة مرة أخرى.
يمكن أن يكون هذا المستشعر تناظريًا أيضًا. بدلاً من الدولتين ، أي عند إيقاف تشغيله وتشغيله ، يمكنه إرجاع قيمة تشير إلى مقدار الضوء الذي يعود إلى جهاز الاستقبال الخاص به. يمكنه إرجاع 256 قيمة ، من 0 (بمعنى عدم وجود ضوء) إلى 255 (يعني الكثير من الضوء).
تخيل الآلاف من الخلايا الضوئية التناظرية الصغيرة مرتبة في مصفوفة مربعة أو مستطيلة تستهدف شيئًا ما.سيؤدي ذلك إلى إنشاء صورة بالأبيض والأسود للكائن بناءً على انعكاس الموقع الذي يشير إليه المستشعر. تسمى نقاط المسح الفردية في هذه الصور "بالبكسل".
بالطبع ، لا يتم استخدام الآلاف من أجهزة الاستشعار الكهروضوئية الصغيرة لإنشاء الصورة. بدلاً من ذلك ، تركز العدسة الصورة على مجموعة أشباه الموصلات من أجهزة الكشف عن الضوء.
تستخدم هذه المصفوفة صفيفات من أجهزة أشباه الموصلات الحساسة للضوء مثل CCD (جهاز مزدوج الشحن) أو CMOS (شبه موصل معدني مكمل لأكسيد المعادن). المستشعرات الفردية في هذه المصفوفة هي وحدات بكسل.
المكونات الأربعة الرئيسية لنظام رؤية الكمبيوتر
المكونات الأربعة الرئيسية لنظام رؤية الكمبيوتر هي:
- العدسات والإضاءة.
- مستشعر الصورة أو الكاميرا ؛
- المعالج.
- طريقة لنقل النتائج ، سواء من خلال اتصال الإدخال / الإخراج المادي (I / O) أو طريقة اتصال أخرى.
يمكن أن تستخدم رؤية الكمبيوتر المسح الضوئي بالبكسل الملون وغالبًا ما تستخدم مجموعة أكبر بكثير من وحدات البكسل. يتم تطبيق أدوات البرمجيات على الصور الملتقطة لتحديد الحجم ، وموضع الحافة ، والحركة ، والموضع النسبي للعناصر لبعضها البعض.
تلتقط العدسات الصورة وتنقلها إلى المستشعر على شكل ضوء. لتحسين نظام رؤية الكمبيوتر ، يجب إقران الكاميرا بالعدسات المناسبة.
على الرغم من وجود العديد من أنواع العدسات ، إلا أن عدسات الطول البؤري الثابت تستخدم بشكل شائع في تطبيقات رؤية الكمبيوتر. هناك ثلاثة عوامل مهمة عند الاختيار: مجال الرؤية ، مسافة العمل ، حجم مستشعر الكاميرا.
يمكن تطبيق الإضاءة على صورة بعدة طرق. يعد الاتجاه الذي يأتي منه الضوء ، وسطوعه ، ولونه أو طوله الموجي مقارنةً بلون الهدف عوامل مهمة جدًا يجب مراعاتها عند تصميم بيئة رؤية الكمبيوتر.
بينما تعد الإضاءة جزءًا مهمًا للحصول على صورة جيدة ، هناك عاملان آخران يؤثران على مقدار الضوء الذي تتلقاه الصورة. تتضمن العدسة إعدادًا يسمى الفتحة ، والتي تفتح أو تُغلق للسماح بدخول المزيد أو أقل من الضوء إلى العدسة.
إلى جانب وقت التعرض ، يحدد هذا مقدار الضوء الذي يصيب مجموعة البكسل قبل تطبيق أي إضاءة على الإطلاق. تحدد سرعة الغالق أو وقت التعرض مدة عرض الصورة على مصفوفة وحدات البكسل.
في رؤية الكمبيوتر ، يتم التحكم في الغالق إلكترونيًا ، عادةً بدقة ميلي ثانية. بعد التقاط الصورة ، يتم تطبيق أدوات البرنامج. يتم استخدام بعضها قبل التحليل (ما قبل المعالجة) ، بينما يتم استخدام البعض الآخر لتحديد خصائص الكائن قيد الدراسة.
أثناء المعالجة المسبقة ، يمكنك تطبيق تأثيرات على صورة لزيادة وضوح الحواف أو زيادة التباين أو ملء الفجوات. الغرض من هذه المهام هو تحسين قدرات أدوات البرمجيات الأخرى.
الرؤية الاصطناعية هي تقنية تحاكي الرؤية البشرية وتسمح لك بتلقي ومعالجة وتفسير الصور التي تم الحصول عليها أثناء عمليات الإنتاج.تقوم آلات الرؤية الاصطناعية بتحليل وفك تشفير المعلومات الواردة أثناء عمليات الإنتاج لاتخاذ القرارات والتصرف بالطريقة الأكثر ملاءمة من خلال عملية آلية. تتم معالجة هذه الصور باستخدام البرنامج المرتبط بالجهاز ، وبناءً على البيانات التي تم الحصول عليها ، من الممكن متابعة العمليات وتحديد الأخطاء المحتملة على خطوط التجميع.
الهدف من رؤية الكمبيوتر
فيما يلي بعض الأدوات الشائعة التي يمكنك استخدامها للحصول على معلومات حول هدفك:
- عدد وحدات البكسل: يعرض عدد وحدات البكسل الفاتحة أو الداكنة في الكائن.
- كشف الحواف: ابحث عن حافة الكائن.
- القياس (المترولوجيا): قياس أبعاد الجسم (على سبيل المثال بالميليمترات).
- التعرف على الأنماط أو مطابقة النمط: ابحث عن أنماط معينة أو طابقها أو عدها. يمكن أن يشمل ذلك اكتشاف كائن يمكن تدويره أو إخفاؤه جزئيًا بواسطة كائن آخر أو به كائنات أخرى.
- التعرف الضوئي على الحروف (OCR): القراءة التلقائية للنصوص مثل الأرقام التسلسلية.
- قراءة الباركود ومصفوفة البيانات وقراءة الباركود ثنائية الأبعاد: جمع البيانات الواردة في معايير الترميز المختلفة.
- اكتشاف البقعة: يتحقق من الصورة بحثًا عن بقع من وحدات البكسل المترابطة (مثل الثقب الأسود في كائن رمادي) كنقطة مرجعية للصورة.
- تحليل الألوان: تحديد الأجزاء والمنتجات والأشياء حسب اللون وتقييم الجودة وإبراز العناصر حسب اللون.
غالبًا ما يكون الغرض من الحصول على بيانات الاستقصاء هو استخدامها للمقارنة بالقيم المستهدفة لتحديد النجاح / الفشل أو المتابعة / عدم المتابعة.
على سبيل المثال ، عند مسح رمز أو رمز شريطي ضوئيًا ، تتم مقارنة القيمة الناتجة بالقيمة الهدف المخزنة. في حالة القياس ، تتم مقارنة القيمة المقاسة بالقيم والتفاوتات الصحيحة.
عند التحقق من رمز أبجدي رقمي ، تتم مقارنة قيمة نص OCR بالقيمة الصحيحة أو القيمة المستهدفة. للتحقق من عيوب السطح ، يمكن مقارنة حجم العيب بالحجم الأقصى المسموح به في معايير الجودة.
رقابة جودة
تتمتع رؤية الآلة بإمكانيات هائلة في الصناعة. تم استخدام أنظمة الرؤية الاصطناعية هذه في الروبوتات، يتيح لنا تقديم حل تلقائي لمراحل الإنتاج المختلفة ، مثل مراقبة الجودة أو الكشف عن المنتجات المعيبة.
مراقبة الجودة هي مجموعة من الأساليب والأدوات التي ستتيح لنا تحديد الأخطاء في عملية الإنتاج ، وكذلك اتخاذ الإجراءات المناسبة للقضاء عليها. يوفر هذا تحكمًا كاملاً أكثر بكثير على المنتج النهائي ، مما يضمن أنه عندما يصل إلى المستهلك سوف يفي بمعايير الجودة المحددة والراسخة.
وبهذه الطريقة ، يتم استبعاد المنتجات التي لا تلبي الحد الأدنى من متطلبات الجودة من العملية ، وبالتالي القضاء على الاضطرابات المحتملة في عملية الإنتاج ، ويتم تحقيق ذلك من خلال إجراء عمليات الفحص والاختبارات العشوائية بشكل مستمر.
استخدام مراقبة الجودة في الإنتاج له عدد من المزايا:
- زيادة الإنتاجية؛
- تقليل الخسائر المادية ؛
- إنخفاض الأسعار؛
- أفضل جودة للمنتج النهائي.
التواصل في رؤية الكمبيوتر
بمجرد استلام المعالج والبرنامج ، يمكن نقل هذه المعلومات إلى نظام التحكم عبر مجموعة متنوعة من بروتوكولات الاتصال القياسية في الصناعة.
غالبًا ما تدعم أنظمة رؤية الكمبيوتر الرئيسية EtherNet / IP و Profinet و Modbus TCP. البروتوكولات التسلسلية RS232 و RS485 شائعة أيضًا.
غالبًا ما يتم تضمين الإدخال / الإخراج الرقمي في أنظمة التشغيل وتبسيط الإبلاغ عن النتائج. تتوفر أيضًا معايير اتصالات رؤية الكمبيوتر.
خاتمة
أنظمة الرؤية الاصطناعية لها مجموعة متنوعة من التطبيقات ويمكن تكييفها مع الصناعات المختلفة والاحتياجات المختلفة لكل خط إنتاج. اليوم ، يمكن لأي شركة تصنع منتجات وفقًا لمعيار معين الاستفادة من رؤية الكمبيوتر كجزء من عملية التصنيع الخاصة بها.
يمكن أن يكون فهم المبادئ والقدرات الفيزيائية لأنظمة الرؤية الاصطناعية مفيدًا في تحديد ما إذا كانت هذه التكنولوجيا مناسبة لعملية التصنيع في حالة معينة. بشكل عام ، كل ما يمكن للعين البشرية رؤيته ، يمكن للكاميرا أن تراه (أحيانًا أكثر ، وأحيانًا أقل) ، ولكن فك تشفير ونقل هذه المعلومات يمكن أن يكون معقدًا للغاية.