Tìm hiểu về Camera Simatic VS720A , các Softsensor và ứng dụng của chúng

Mỗi một “user” thiết lập các sự truy cập khác nhau, đơn giản như là dừng chế độ kiểm tra cho tới việc biên tập các thông số cho mỗi SoftSensor, những nhà quản trị có thể chọn những nhiệm

Tiểu luận

Tìm hiểu về Camera Simatic VS720A , các Softsensor

và ứng dụng của chúng

Mục lục

1 Giới Thiệu: 1

2 Các Thông Số Hệ Thống - System Parametes 2

a.Chế độ kiểm tra - InSpectation Mode 2

b.Mật mã bảo vệ - Password Protection 3

c Cấu hình cổng vào ra số - Digital I/O Configuration 3

d Thời gian chụp ảnh – Exposure Time 6

e Xác định sản phẩm - Product Identification 6

f Chọn sản phẩm - Product Selection 7

3 Giới Thiệu Về Các Softsensor và Ứng Dụng Của Chúng 8

a Softsensor Đếm Cạnh- Edgecount 8

b Softsensor Cường Độ - Intensity Softsensor 10

c SoftSensor chức năng tịnh tiến - Translation SoftSensor 11

d SoftSensor chức năng xoay - Rotation SoftSensor 13

e SoftSensor đo kiểm- Measurement SoftSensor 13

f Nhận dạng ký tự - Optical Character Recognition (OCR) 16

h Công cụ Blob - Blob Tool 18

i SoftSensor tương thích mẫu - Template Match SoftSensor 20

j SoftSensor chức năng khả trình – Foreground Script 22

1 Giới Thiệu:

Siemens Automation và Drives (A&D) vừa bổ sung kết nối Profinet có khả năng xử

lí hình ảnh trong công nghiệp cho dòng camera Simatic VS720A thế hệ mới của hãng Chiếc camera mới sử dụng cho xử lí hình ảnh đơn sắc cũng như ảnh màu mang các tính năng ghi lại hình ảnh tiên tiến, bộ nhớ có dung lượng lớn hơn có thể chứa nhiều chương trình và dữ liệu kiểm tra hơn; cấu tạo bộ xử lí mới cho phép rút ngắn thời gian kiểm tra

Dữ liệu sản xuất cũng như dữ liệu hình ảnh của VS720A được đồng thời và xácđịnh chuyển đến một hệ thống tự động hay hệ thống giao diện HMI thông qua truyềnthông Profinet sử dụng TCP/IP Ngoài ra còn có các khối chức năng tiêu chuẩn chotruyền thông với điều khiển Simatic của seri S7-300 và 400 Nền tảng phần cứng rút ngắnthời gian phân tích vật thể, do đó cho phép rút ngắn chu kì xử lí và cho ra sản phẩmnhanh chóng Khả năng cảm ứng ánh sáng tiến tiến, cấu trúc hình ảnh rõ nét, tiếng ồngiảm, phạm vi lộ sáng rộng hơn cho ra những hình ảnh nổi bật Camera thế hệ mới đượccấu hình với phần mềm Simatic Spectation từ Version 2.8 Những camera này có thể mở rộng cấp độ về công suất, độ phân giải, khả năng xử líhình ảnh màu cũng như đơn sắc, chúng phù hợp với mọi yêu cầu khắt khe nhất từ việckiểm tra tự động, kiểm tra chất lượng và giám sát quá trình sản xuất đến việc theo dõi các

bộ phận Camera màu VS726A cho độ phân giải 640x480 pixel và tốc độ khung 30 fps

2 Các Thông Số Hệ Thống - System Parametes

Như đã được đề cập đến, System level của một Vision Sensor điều khiến toàn bộchức năng của Vision Sensor Các thông số chính yếu của hệ thống là chế độ kiểm tra(InSpectation Mode), mật mã bảo vệ (Password Protection), cấu hình ngõ ra (I/Oconfiguration), Các tập lệnh trên nền (Background Scripts), nguồn cấp (Power-onProduct), nguồn kích hoạt (Trigger Source), cân xứng vùng quan sát (FOV Balance), vàthiết lập truyền thông (Communications setup)

a.Chế độ kiểm tra - InSpectation Mode

Một Vision Sensor có thể bắt lấy hình ảnh cho mục đích là kiểm tra chúng hoặc đơngiản chỉ là hiển thị chúng trên giao diện người dùng Thực tế là khi Vision Sensor bắt lấyhình ành không có nghĩa là nó kiểm tra chúng Chế độ kiểm tra ở đây sẽ xác định việcVision Sensor có kiểm tra các hình ảnh hiện thời hay không Sự khác biệt giữa hai trạngthái này là nếu Vision Sensor đang kiểm tra hình ảnh, nó gửi ra ngoài cho người sử dụng

kết quả của quá trình kiểm tra Chế độ kiểm tra (InSpectation Mode) đòi hỏi một sản

phẩm kiểm tra (InSpectation Producct) Như được giải thích ở trên, mỗi Product xác định

một quá trình kiểm tra đặc trưng, do đó, để InSpectation Mode là “ ON ” thì một

InSpectation Producct phải được chọn Nếu Product được chọn như là một InSpectation

Producct thì InSpectation Mode thiết lập sự vận hành quá trình Khi Vision Sensor được

kích hoạt, nó đòi hỏi một hình ảnh và một sự kiểm tra dựa trên các cảm biến mà

InSpectation Producct được lựa chọn liên quan đến

b.Mật mã bảo vệ - Password Protection

Để nhà quản trị truy cập quá trình điều khiển, Spectation cho phép tạo ra các tiêu

chuẩn khác nhau cho những người sử dụng khác nhau Điều này cho phép người quản lý

hệ thống đưa ra một sự điều khiển riêng biệt so với những người dùng khác Mỗi một

“user” thiết lập các sự truy cập khác nhau, đơn giản như là dừng chế độ kiểm tra cho tới

việc biên tập các thông số cho mỗi SoftSensor, những nhà quản trị có thể chọn những

nhiệm vụ nào mà mỗi user được phép thực thi trên hệ thống Hơn nữa, một thời gian

ngưng hoạt động (Inactivity Timeout) Có thể được thiết lập để tăng tối đa sự an toàn,

việc quản lý truy xuất là độc lập với PC đang được sử dụng, có nghĩa là các thông tin

điều khiển việc truy xuất được tải vào một bộ nhớ bên trong Vision Sensor (Internal

Flash memory)

c Cấu hình cổng vào ra số - Digital I/O Configuration.

Vision Sensor có một số đường I/O có khả năng định được cấu hình Series Vision

Sensor chứa 8 đường I/O trong khi Series VS 720 có thể được tăng lên tới 32 ngõ vào và

64 ngõ ra bằng cách sử dụng các thiết bị Remote Ethernet I/O Các đường I/O có thể

được định cấu hình phù hợp với nhu cầu của người sử dụng hơn Vision Sensor không

đưa ra môt ý niệm chung cho các đường Input và Output Mỗi đường I/O này có thể được

định cấu hình như là một ngõ vào hoặc như là một ngõ ra phụ thuộc nhu cầu của người sử

dụng Sự chỉ định này là một thông số hệ thống bởi vì một thiết bị khác sẽ được kết nối

vào các đường I/O và không thay đổi giữa các quá trình kiểm tra

Product Select

Bật tắt khi Product ID Bits hoạt động để lựa chọn một sản phẩm Tính hiệu

này cho Camera biết rằng mã nhị phân của Product ID sẵn sàng để đọc

Input 18-31 Các ngõ vào18-31 được sử dụng kết hợp với SoftSensor Scripts và BackgroundScript nhằm giám sát ngõ vào.

Khi cần thêm vào các chức năng riêng biệt cho các chân I/O, người sử dụng có thể chỉ

định thêm vài thông số khác để đảm bảo hệ thống đọc các ngõ vào một cách chính xác

Công dụng của các thông số này phụ thuộc vào thiết bị có tính chất đảo cực và thời gian

chống dội Polarity Inversion được sử dụng để thay đổi các đường (line) hệ thống từ mức

hoạt động cao (Active High) sang mức thấp (Active Low) Debounce Times được sử

dụng khi tín hiệu nhận được từ Vision Sensor bị tác động bởi nhiễu Khi đó, người sử

dụng có thể chọn ra một khoảng thời gian mà Vision Sensor không truy nhập đường line

sau khi nhận được một sự chuyển tiếp trạng thái của đường line

Các chức năng ngõ ra:

Cũng giống như ngõ vào, có một số chức năng được gán cho đường I/O Bảng sau

tóm tắt các chức năng ngõ ra và mục đích của chúng Mỗi chức năng cụ thể được chỉ định

với mỗi đường I/O

Pass

Sau khi quá trình kiểm tra hoàn tất, Pass được thiết lập để chỉ ra

cho tất cả các SoftSensor đưa ra đáp ứng “Pass” quá trình kiểm trađối với Product

Warn Sau khi quá trình kiểm tra hoàn tất, Warn được thiết lập để chỉ ra

cho bất kỳ SoftSensor nào trong quá trình kiểm tra đáp ứng vớI

điều kiện cảnh báo (warn) của nó và Softsensor không Fail.

Fail Sau khi quá trình kiểm tra hoàn tất, Fail được thiết lập để chỉ ra cho

bất kỳ SoftSensor nào trong quá trình kiểm tra đưa ra đáp ứng là

“Fail”

Busy Busy thiết lập sau khi InSpectation Trigger được đọc cho tới khi

có tín hiệu Pass, Warn hoặc Fail

Strobe Khi hoạt động, nguồn ánh sáng nhấp nháy (Strobe Light Source) sẽ

bật trong suốt quá trình quan sát hình ảnh

Strobe 2 Khi hoạt động, nguồn sáng nhấp nháy (Strobe Light Source) sẽ bật

trong suốt quá trình quan sát hình ảnh

Strobe 3 Khi hoạt động, nguồn ánh sáng nhấp nháy (Strobe Light Source) sẽ

bật trong suốt quá trình quan sát hình ảnh

Trong khi ngõ vào Select được kích hoạt, SelectPass báo rằng

Product ID bits đã được xác định là có một Product ID được phát

hiện trong hệ thống

Select Fail

Trong khi ngõ vào Select được kích hoạt, SelectFail báo rằng

Product ID bits xác định là không có giá trị của Product ID xuất

kiểm tra xử lý Lưu ý, Acquiring + Inspecting = Busy.

InSpectation Toggle Thay đổi trạng thái một lần sau mỗi lần thực hiện quá trình kiểm

tra

User 1- User16

“User Definable Outputs”, có thể được kích hoạt hoặc không tùyvào sự kết hợp các kết quả từ SoftSensor được sử dụng “UserDefinable Outputs” là “Product specific”

Wrong code Cho biết có Reader SoftSensor “Fail” vì đọc một chuỗi không

tương thích hay vì nó không đọc được bất cứ gì hay không

Output24- Output 31

Output48- Output 64

Các ngõ này có thể được thiết lập thông qua các tập lệnh (Scripts).Xem Siemens Script Reference Manual để biết thêm chi tiết

Không giống các chức năng của ngõ vào, có vài chức năng riêng biệt được thêmvào cho các chân I/O, người sử dụng có thể định các thông số khác để đảm bảo rằng một

hệ thống khác có thể nhận biết chính xác các ngõ ra này, Spectation thêm vào tính linhhoạt cho các ngõ ra để xác định khi nào và như thế nào mà các ngõ ra sẵn dùng Côngdụng của các thông số này phụ thuộc vào thiết bị phần cứng đang kết nối tới VisionSensor

d Thời gian chụp ảnh – Exposure Time

Exposure liên quan đến thời gian mà cơ cấu cửa sập điện tử phơi sáng thiết bị thunhận ảnh (thiết bị CMOS cho SIMATIC Vision Sensor, CCD cho các hệ thống khác) đểchiếu sáng cho quá trình thu nhận ảnh Thời gian Exposure time càng dài thì càng nhiềuánh sáng vào thiết bị Ba yếu tố sẽ xác định Exposure time ta thiết lập cho một quá trìnhkiểm tra là:

• Tốc độ tổng thể của các phần Đối với những phần tốc độ cao, khuyến khíchthời gian Exposure time ngắn để tối thiểu hóa vết mờ (blur) trong ảnh

• Tốc độ tổng thể của quá trình kiểm tra (phần trên phút) Trong những trườnghợp nơi tốc độ phần tổng thể cao, Exposure time nên được rút ngắn để tối ưuhóa quá trình kiểm tra

• Ánh sáng Độ sáng cố định cao hơn cho phép thời gian Exposure time ngắn hơnngược lại độ sáng mờ hơn đòi hỏi thời gian Exposure time dài hơn

Có một số trường hợp bạn phải giảm thời gian Exposure time Bạn có nhữnghỗtrợ sau để hỗ trợ việc làm giảm thời gian Exposure time và vẫn duy trì đượccường độ ảnh tổng thể:

• Tăng cường chiếu sáng tại khu vực kiểm tra

• Tăng độ lợi (gain) trên CCD Gain là tỉ số của tín hiệu Output trên Input, hoặc,trong trường hợp, tăng cường độ sáng tổng thề Tăng độ lợi làm cho CCD nhạyhơn với ánh sáng

e Xác định sản phẩm - Product Identification

Mọi sản phẩm trong một Vision Sensor có thể được gán một số Số này được gọi làProduct Digital ID, được sử dụng để tham chiếu mọi sản phẩm trong Vision Sensor Sốnày cho phép người dùng gửi một tín hiệu số tới Vision Sensor để xác định sản phẩm sửdụng cho một quá trình kiểm tra cụ thể Để làm được như vậy, một số đường I/O linephải được dành riêng cho chức năng Input của Product ID bit Số đường dành cho chứcnăng này xác định số sản phẩm lớn nhất có thể được chọn từ ngoài Vế cơ bản, n linesdành riêng cho các product ID bit sẽ cho phép người dùng chọn trong số 2n sản phẩm.Một cấu hình phổ biến cho cài đặt I/O bao gồm 4 lines rõ ràng như các Product ID bit(bits 0 qua 3) Bảng sau xem lại sự kết hợp nhị phân cho 16 Product ID numbers (binary0-15) sử dụng 4 bit Input:

f Chọn sản phẩm - Product Selection

Chọn lựa dạng số một sản phẩm Product là một quá trình đơn giản Hình 2.3 là sơ

đồ minh họa cho thủ tục sau:

Đầu tiên, Set dạng bit nhị phân của Product’s ID number trên đường “Product IDInput” Khi các Product ID bit được nạp (trong trường hợp này Product ID1, là 01 trong2- số mã nhị phân) đường Product Select line nên trở thành Active Việc này cho VisionSensor biết phải đọc các bit dữ liệu từ các đường Product ID bit Khi tín hiệu này đượcgởi tới hệ thống, một đáp ứng có thể được đọc để xác định một hoạt động thành công haythất bại (successful/unsuccessful)

Hai tín hiệu Output được dành để báo cho người dùng biết sự thành công hay thấtbại của quá trình lựa chọn số: Product Select Pass và Product Select fail Đọc một tronghai cái này có thể đủ để chọn lựa thành công sản phẩm

Hình 2.3 Chọn sản phẩm qua việc sử dụng Digital input Thời gian nhập/xuất củaquá trình chọn sản phẩm

Chọn một sản phẩm Product dùng tín hiệu vào số Sơ đồ trên chỉ ra cách tính thờigian nhập/xuất của quá trình chọn lựa sản phẩm

Ví dụ: Nếu một Product ID là 3 được chọn nhưng camera chỉ có những sản phẩm vớI

ID 0,1, và 2, Product Select Fail sẽ ở mức cao và Product Select Pass sẽ ở mức thấp Khiviệc chọn lựa sản phẩm hoàn tất, hệ thống có thể được khởi động cho một quá trình kiểmtra

3 Giới Thiệu Về Các Softsensor và Ứng Dụng Của Chúng

a Softsensor Đếm Cạnh- Edgecount

SoftSensor này được thiết kế để nhận ra và đếm sự chuyển đổi giữa các Pixel sáng

và tối (hay giữa ngưỡng trên và ngưỡng dưới) Các SoftSensor này phân tích hình ảnh vàxác định nơi mà những Pixel cắt ngang đường ngưỡng Sự cắt nhau này sẽ xác định mộtcạnh và ta có thể lựa chọn loại định vị cạnh (chuyển từ sáng sang tối, tối sang sáng haymột trong hai cạnh)

Ví dụ : Đếm cạnh dọc của 1 hình chữ nhật như sau

Số cạnh của hình trên được đếm là 5 do softsensor được cài đặt là từ tối sang sánghiểu là một cạnh.

Sau khi đặt softsensor edegcount thì ta có được những thông số trên Đồng thời càiđặt pass or fail để nhận dạng các sản phẩm bị lổi khác

Điều kiện pass và fail được cài đặt như trên tức là số cạnh thấy được ở softsensornày là 5 cạnh Nếu softsensor đếm không đủ bốn cạnh hoặc hơn sẽ xuất tín hiệu fail nếuđúng 5 cạnh sẽ xuất tín hiệu pass Một sản phẩm Fail sẽ có Grap như sau:

Sản phẩm bị lổi có biểu khác so với sản phẩm đúng

b Softsensor Cường Độ - Intensity Softsensor

SoftSensor này có nhiệm vụ tính toán tỷ lệ độ sáng của các Pixel trong một vùng đãcho Có thể là một đường hoặc một vùng Nhiệm vụ chính của SoftSensor này là xácnhận sự xuất hiện hoặc mất đi của các đặc trưng hình ảnh SoftSensor sẽ phân tích cácPixel và xác định có bao nhiêu nằm trên ngưỡng (Pixel sáng) và có bao nhiêu nằm bêndưới ngưỡng (Pixel tối)

Loại SoftSensor này cũng có thể đặt chế độ pass, warm hay fail dựa trên lượng diệntích sáng hay độ tương phản tìm thấy trong hình ảnh Ở ví dụ trên, thì vùng sáng tối thiểuđược thiết lập để xác định cái nào chấp nhận được và cái nào không Thiết lập vùng sáng

tối thiểu là 90% , SoftSensor ở chế độ “pass” khi vị trí chính xác của nhãn được xác định

và “fail” khi vị trí chính xác của nhãn không được xác định

Ví dụ: So sánh Diện tích của phần được dán lên một vật ở dưới như sau

Các thông số

Dựa vào % Bright Area đề cài đặt điều kiện pass or fail đề diện tích nhãn dán lên cóđược chấp nhận hay không

c SoftSensor chức năng tịnh tiến - Translation SoftSensor

SoftSensor chức năng tịnh tiến được thiết kế để xác định một vị trí tuyệt đối củamột phần tử trong ảnh khi vị trí của nó thay đổi theo bất cứ chiều nào Có hai loạiSoftSensor tịnh tiến: dạng đường (line) và dạng tìm theo chuẩn (Fuducial)

Tịnh tiến dạng quét theo đường (Translational lines) sử dụng những đường thẳngtịnh tiến xác định vị trí của một cạnh hay một đặc trưng Cạnh và đặc trưng đã được trìnhbày trong phần SoftSensor đếm cạnh (Egdecount SoftSensor) và SoftSensor đếm đặctrưng (Featurecourt SoftSensor) Các tùy chọn dùng để định vị các đặc trưng nên được sửdụng trong việc cấp phát một kích cỡ đặc trưng tối thiểu và tối đa, người sử dụng có thểlàm giảm độ nhạy của các SoftSensor đối với nhiễu Loại SoftSensor này cũng cho biếtphần trăm khoảng trống từ điểm gốc của đường quét cảm biến Nó thể hiện các Pixel từđiểm gốc của đường quét theo chiều đã cho (Thiết lập theo chiều mà các SoftSensor đãđược vạch), khi phát hiện được cạnh hoặc đặc trưng theo yêu cầu của người sử dụng thì

nó sẽ báo lại khoảng cách từ điểm gốc của cảm nhận đến vị trí của cạnh hoặc đặc trưngdưới dạng phần trăm trên tổng chiều dài cảm nhận Như ở hình 3-6 cho thấy SoftSensorchức năng tịnh tiến và biểu đồ Pixel của nó Biểu đồ Pixel cho thấy chiều dài củaSoftSensor khoảng chừng 110 Pixel và cạnh chuyển từ sáng sang tối được xác nhận vàokhoảng 62% trên chiều dài của SoftSensor từ điểm gốc

Ví Dụ: Sự Di chuyễn sản phẫm trong khoảng cho phép so với vị trí ban đầu đã càiđặt

Sản Phẩm ở vị trí cho phép