eng
Выпуск #6/2019
А. А. Фролов
Современные системы визуального контроля для технологии Индустрии 4.0
Современные системы визуального контроля для технологии Индустрии 4.0
Просмотры: 2179
Термин «Индустрия 4.0» означает наступление четвертой промышленной революции, которую связывают с такими понятиями, как промышленный интернет вещей, цифровое предприятие, искусственный интеллект, аддитивные технологии и др. Основные принципы Индустрии 4.0 – это интеграция всех этапов производственного цикла в единое информационное пространство и взаимодействие машин без участия человека. Эффект от реализации технологии возможен только при условии хорошо налаженных процессов получения, анализа и обмена данными. Важнейший элемент Индустрии 4.0 – системы визуального контроля. Описаны различные варианты: современная система технического зрения (EVO Cam-II, Vision Engineering), цифровой исследовательский видеомикроскоп высокого разрешения (Hirox RH8800), цифровая 3D система визуального контроля, объединяющая преимущества оптической стереомикроскопии и цифровых технологий в единую уникальную систему (DRV-Z1, Vision Engineering).
Теги: 3d microscope 3d микроскоп digitization microscopy technology visual control system система визуального контроля технология микроскопии цифровизация
Термин «Индустрия 4.0» означает наступление четвертой промышленной революции, которую связывают с такими понятиями, как промышленный Интернет вещей, цифровое предприятие, искусственный интеллект, аддитивные технологии и др. Основные принципы «Индустрии 4.0» – это интеграция всех этапов производственного цикла в единое информационное пространство и взаимодействие машин без участия человека. Эффект от реализации технологии возможен только при условии хорошо налаженных процессов получения, анализа данных и их обмена. Важнейший элемент «Индустрии 4.0» – системы визуального контроля. Описаны различные варианты: современная система технического зрения (EVO Cam-II, Vision Engineering), цифровой исследовательский видеомикроскоп высокого разрешения (Hirox RH8800), 3D‑система визуального контроля, объединяющая преимущества оптической стереомикроскопии и цифровых технологий в единую уникальную систему (DRV-Z1, Vision Engineering).
Четвертая промышленная революция предполагает массовое внедрение киберфизических систем в производство для облегчения труда человека благодаря применению новейших технологий [1, 2]. В области визуального контроля качества, а также линейно-габаритного контроля активно развивается технология «Больших данных», или «Массивов цифровой информации», суть которой в отражении различных событий в реальном времени. Работник способен выявить дефект, например, на электронной плате, но если таких плат сотни в день, то рационально использовать автоматическую оптическую инспекцию (АОИ), такая же ситуация складывается с любой рутинной работой, в том числе и в испытательной лаборатории.
Рассмотрим этапы развития технологии микроскопии для «Индустрии 4.0».
Оптический микроскоп не очень вписывается в тенденции развития промышленной революции. А если его оснастить камерой, то это уже будет оптико-цифровой тракт или система технического зрения.
Микроскопы с выводом изображения на экран монитора – это обычные системы технического зрения, они не позволяют полностью уйти от ручного труда, но существенно облегчают работу оператора с помощью новейших оптико-цифровых технологий. Системы технического зрения (рис. 1) активно применяются на предприятиях благодаря относительно небольшой стоимости, многомодульности и широкому спектру решаемых задач по контролю качества; линейно-габаритному контролю; монтажным и другим работам, требующим четкой зрительной координации; а также возможности совместного наблюдения несколькими специалистами за манипуляциями под микроскопом и т. д.
Такие системы по сравнению с оптическими приборами имеют как заметные плюсы – большие поле обзора и рабочее расстояние, цветовую коррекцию изображения, так и некоторые минусы – потерю качества изображения из-за оцифровки картинки, отсутствие стереоэффекта из-за вывода изображения на монитор, в результате картинка получается плоская, без объема.
Поэтому все же эффективнее использовать для визуального контроля систему технического зрения, а для измерений – измерительный микроскоп.
Развитие современных технологий отображения цифровой информации создает возможности для использования виртуальной или дополненной реальности при визуальном контроле, а также для конструирования виртуальных объектов. Часть действий оператора может быть перенесена на цифровой уровень. Так, виртуальные объекты не требуют затрат на производство и техническое обслуживание, быстро передаются на любые расстояния, копируются, практически бесследно уничтожаются. Так как природа виртуального объекта исключительно цифровая, к 3D‑модели может быть легко добавлено любое свойство.
Например, в виртуальной модели любой детали, применяя возможности программных модулей моделирования и визуализации, можно выполнить разрез в любой плоскости, посмотреть срез в сечении, быстро собрать и разобрать узел детали, применить различные варианты масштабирования и цветовые режимы отображения и т. д.
Развитие технологии 3D‑моделирования было впервые реализовано японской оптической компанией Hirox (hirox.com) – примером может служить цифровой исследовательский видеомикроскоп высокого разрешения Hirox RH8800, имеющий высокий измерительный и аналитический функционал. Это оптимальный прибор для использования в микроэлектронике, исследования фотошаблонов и др. благодаря модульности конфигурации и широкому спектру решаемых задач (совмещает порядка 10 различных оптических приборов). В нем реализованы самые последние отраслевые технологии, система является продуктом HiEnd в своем классе: имеет полную моторизацию и оптический предел – увеличение до 10 000×. Латеральное разрешение оптики порядка 0,4 мкм, дискретность по оси Z – 0,25 мкм (шаг двигателя 0,05 мкм). Обладает современным программно-аппаратным комплексом с метрологическим программным обеспечением для 3D‑реконструкции микрорельефа в системе точных координат, для выполнения плоскостных измерений, плоской и объемной сшивки изображений, видео- и фотоархивирования данных. Комплекс оснащен всеми современными функциями процессинга изображений и автоматизацией ключевых параметров (рис. 2). Используемое программное обеспечение позволяет соединять оборудование в единую сеть. ПО собирает и систематизирует данные, а также сигнализирует о различных событиях. Также создается цифровая копия продукта, которая наделена всеми характеристиками физического объекта, что позволяет точнее проводить анализ конструкции. Вся информация хранится как на жестком диске, так и в едином цифровом пространстве (облаке) промышленного предприятия.
Один из важных элементов четвертой промышленной революции – беспроводная передача данных через сеть Интернет для удаленного контроля и оперативного доступа к информации из любой точки мира.
Поступательное развитие технологий микроскопии привело к следующему этапу, на котором объединены возможности оптического и цифрового микроскопов. Специалисты компании Vision Engineering (Великобритания) (visioneng.com) создали новейший микроскоп, сочетающий в себе безокулярную оптическую технологию и цифровой 3D‑микроскоп для реализации технологии «Индустрия 4.0».
Новейшая оптико-электронная разработка – передовая цифровая система презентации стереоизображений и визуального контроля – разработана для полностью интерактивной, естественной 3D‑визуализации в реальном времени и с объемным изображением. DRV-Z – это аббревиатура от Digital stereo 3D Remote Viewing Zoom system, что в переводе означает: 3D‑цифровой стереомикроскоп с функцией удаленного просмотра (контроля) и цифровым зуммированием (увеличением) (рис. 3).
DRV-Z1 – цифровая 3D‑система визуального контроля, объединяющая преимущества оптической стереомикроскопии и цифровых технологий в единую уникальную систему. Она позволяет достичь следующих оптико-цифровых характеристик:
3D‑микроскоп визуального контроля DRV-Z1 обеспечивает естественное трехмерное изображение с высоким разрешением и хорошей четкостью наблюдаемого объекта, что позволяет усовершенствовать процесс контроля качества (рис. 4).
DRV – это уникальная система отображения, разрешение которой нельзя классифицировать так же, как в стандартных мониторах. Изображение DRV формируется с помощью двух каналов Full HD (1 920 × 1 080) и оптического, комбинированных на проекционном зеркале, которое позволяет улучшить пространственное разрешение (Full Stereo HD) объекта, наблюдаемого пользователем.
Поле обзора зависит от используемого увеличения и линз объектива: самое широкое поле обзора соответствует минимальному увеличению изображения, уменьшаясь по мере роста кратности увеличения.
Ключевые особенности:
Цифровое трехмерное стереоизображение (рис. 5), создаваемое DRV-Z1, дает удобный и естественный обзор объекта с четкими деталями, яркими цветами и контрастом. Благодаря большому рабочему расстоянию, широкому полю обзора и диапазону увеличения, сфера применения DRV-Z1 очень широка. Прибор обеспечивает точную зрительно-моторную координацию, предельно прост в управлении, снижает утомляемость. В результате растет производительность, качество работы и комфорт пользователя.
DRV-Z1 – это первая стереоцифровая 3D‑система, которая позволяет удаленно просматривать, захватывать и передавать изображение для общего использования (рис. 6). Возможность обмена 3D‑изображениями в реальном времени по сетям открывает новые горизонты сотрудничества между клиентами, поставщиками и сотрудниками предприятия.
Компоненты, детали и объекты можно просматривать в режиме реального времени непосредственно на производственном месте или из любой точки планеты. Оперативное и точное представление информации способствует быстрому принятию решений. Можно удаленно, находясь, например, в Калининграде, контролировать в 3D технологический процесс и наблюдать за работой оператора, которая происходит на фабрике во Владивостоке, то есть видеть то же самое стереоизображение. Для этого достаточно подключиться через сеть Интернет DRV-Z (из Калининграда) к другому DRV-Z (из Владивостока).
Такой уровень взаимодействия позволяет полностью забыть о препятствиях и сложностях географического характера, удобные методы работы повышают эффективность и действенность основных рабочих процессов.
Описанные модели для стереовизуализации вносят заметный вклад в развитие технологии «Индустрия 4.0». В дополнение к цифровизации, электронным информационно-коммуникационным технологиям и 3D‑печати можно привести ряд новых научных и технических разработок, включая фотонику, биотехнологии, нанотехнологии, микротехнологии, усовершенствованные материалы, радикальные изменения в энергетических и экологических технологиях и многое другое.
Литература / References
Щетинина Н. Ю. Индустрия 4.0: практические аспекты реализации в российских условиях // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. 2017. № 1 (21). C. 75–84.
Shchetinina N. Yu. Industry 4.0: practical aspects of introduction In the Russian conditions / / Models, systems, networks in economics, engineering, nature and society. 2017. № 1 (21). P. 75–84.
Тарасов И. В. Технологии индустрии 4.0: влияние на повышение производительности промышленных компаний // Стратегические решения и риск-менеджмент. 2018. № 2 (107). С. 62–69.
https://doi.org/10.17747/2078-8886-2018-2-62-69.
Tarasov I. V. Technologies of 4.0 industry: impact on the performance improvement of industrial companies // Strategic decisions and risk-management. 2018. № 2 (107). P. 62–69.
Четвертая промышленная революция предполагает массовое внедрение киберфизических систем в производство для облегчения труда человека благодаря применению новейших технологий [1, 2]. В области визуального контроля качества, а также линейно-габаритного контроля активно развивается технология «Больших данных», или «Массивов цифровой информации», суть которой в отражении различных событий в реальном времени. Работник способен выявить дефект, например, на электронной плате, но если таких плат сотни в день, то рационально использовать автоматическую оптическую инспекцию (АОИ), такая же ситуация складывается с любой рутинной работой, в том числе и в испытательной лаборатории.
Рассмотрим этапы развития технологии микроскопии для «Индустрии 4.0».
Оптический микроскоп не очень вписывается в тенденции развития промышленной революции. А если его оснастить камерой, то это уже будет оптико-цифровой тракт или система технического зрения.
Микроскопы с выводом изображения на экран монитора – это обычные системы технического зрения, они не позволяют полностью уйти от ручного труда, но существенно облегчают работу оператора с помощью новейших оптико-цифровых технологий. Системы технического зрения (рис. 1) активно применяются на предприятиях благодаря относительно небольшой стоимости, многомодульности и широкому спектру решаемых задач по контролю качества; линейно-габаритному контролю; монтажным и другим работам, требующим четкой зрительной координации; а также возможности совместного наблюдения несколькими специалистами за манипуляциями под микроскопом и т. д.
Такие системы по сравнению с оптическими приборами имеют как заметные плюсы – большие поле обзора и рабочее расстояние, цветовую коррекцию изображения, так и некоторые минусы – потерю качества изображения из-за оцифровки картинки, отсутствие стереоэффекта из-за вывода изображения на монитор, в результате картинка получается плоская, без объема.
Поэтому все же эффективнее использовать для визуального контроля систему технического зрения, а для измерений – измерительный микроскоп.
Развитие современных технологий отображения цифровой информации создает возможности для использования виртуальной или дополненной реальности при визуальном контроле, а также для конструирования виртуальных объектов. Часть действий оператора может быть перенесена на цифровой уровень. Так, виртуальные объекты не требуют затрат на производство и техническое обслуживание, быстро передаются на любые расстояния, копируются, практически бесследно уничтожаются. Так как природа виртуального объекта исключительно цифровая, к 3D‑модели может быть легко добавлено любое свойство.
Например, в виртуальной модели любой детали, применяя возможности программных модулей моделирования и визуализации, можно выполнить разрез в любой плоскости, посмотреть срез в сечении, быстро собрать и разобрать узел детали, применить различные варианты масштабирования и цветовые режимы отображения и т. д.
Развитие технологии 3D‑моделирования было впервые реализовано японской оптической компанией Hirox (hirox.com) – примером может служить цифровой исследовательский видеомикроскоп высокого разрешения Hirox RH8800, имеющий высокий измерительный и аналитический функционал. Это оптимальный прибор для использования в микроэлектронике, исследования фотошаблонов и др. благодаря модульности конфигурации и широкому спектру решаемых задач (совмещает порядка 10 различных оптических приборов). В нем реализованы самые последние отраслевые технологии, система является продуктом HiEnd в своем классе: имеет полную моторизацию и оптический предел – увеличение до 10 000×. Латеральное разрешение оптики порядка 0,4 мкм, дискретность по оси Z – 0,25 мкм (шаг двигателя 0,05 мкм). Обладает современным программно-аппаратным комплексом с метрологическим программным обеспечением для 3D‑реконструкции микрорельефа в системе точных координат, для выполнения плоскостных измерений, плоской и объемной сшивки изображений, видео- и фотоархивирования данных. Комплекс оснащен всеми современными функциями процессинга изображений и автоматизацией ключевых параметров (рис. 2). Используемое программное обеспечение позволяет соединять оборудование в единую сеть. ПО собирает и систематизирует данные, а также сигнализирует о различных событиях. Также создается цифровая копия продукта, которая наделена всеми характеристиками физического объекта, что позволяет точнее проводить анализ конструкции. Вся информация хранится как на жестком диске, так и в едином цифровом пространстве (облаке) промышленного предприятия.
Один из важных элементов четвертой промышленной революции – беспроводная передача данных через сеть Интернет для удаленного контроля и оперативного доступа к информации из любой точки мира.
Поступательное развитие технологий микроскопии привело к следующему этапу, на котором объединены возможности оптического и цифрового микроскопов. Специалисты компании Vision Engineering (Великобритания) (visioneng.com) создали новейший микроскоп, сочетающий в себе безокулярную оптическую технологию и цифровой 3D‑микроскоп для реализации технологии «Индустрия 4.0».
Новейшая оптико-электронная разработка – передовая цифровая система презентации стереоизображений и визуального контроля – разработана для полностью интерактивной, естественной 3D‑визуализации в реальном времени и с объемным изображением. DRV-Z – это аббревиатура от Digital stereo 3D Remote Viewing Zoom system, что в переводе означает: 3D‑цифровой стереомикроскоп с функцией удаленного просмотра (контроля) и цифровым зуммированием (увеличением) (рис. 3).
DRV-Z1 – цифровая 3D‑система визуального контроля, объединяющая преимущества оптической стереомикроскопии и цифровых технологий в единую уникальную систему. Она позволяет достичь следующих оптико-цифровых характеристик:
- увеличения от 6× до 186× без потери качества изображения и каких-либо аберраций;
- визуализации трехмерных стереоизображений с интуитивным восприятием объема;
- дистанционного просмотра трехмерных стереоизображений в режиме реального времени.
3D‑микроскоп визуального контроля DRV-Z1 обеспечивает естественное трехмерное изображение с высоким разрешением и хорошей четкостью наблюдаемого объекта, что позволяет усовершенствовать процесс контроля качества (рис. 4).
DRV – это уникальная система отображения, разрешение которой нельзя классифицировать так же, как в стандартных мониторах. Изображение DRV формируется с помощью двух каналов Full HD (1 920 × 1 080) и оптического, комбинированных на проекционном зеркале, которое позволяет улучшить пространственное разрешение (Full Stereo HD) объекта, наблюдаемого пользователем.
Поле обзора зависит от используемого увеличения и линз объектива: самое широкое поле обзора соответствует минимальному увеличению изображения, уменьшаясь по мере роста кратности увеличения.
Ключевые особенности:
- цифровое увеличение стереоизображения с трехмерным восприятием глубины;
- отличная зрительно-моторная координация;
- удаленный просмотр и обмен реальными трехмерными изображениями;
- запатентованная 3D‑технология;
- коэффициент масштабирования 10 : 1;
- большое рабочее расстояние и возможность работы при низкой освещенности;
- большое поле обзора, увеличивающее эффективность и удобство работы;
- возможность работать в очках для коррекции зрения или безопасности;
- отсутствие необходимости в специальных 3D‑очках;
- оптимизированная эргономика.
Цифровое трехмерное стереоизображение (рис. 5), создаваемое DRV-Z1, дает удобный и естественный обзор объекта с четкими деталями, яркими цветами и контрастом. Благодаря большому рабочему расстоянию, широкому полю обзора и диапазону увеличения, сфера применения DRV-Z1 очень широка. Прибор обеспечивает точную зрительно-моторную координацию, предельно прост в управлении, снижает утомляемость. В результате растет производительность, качество работы и комфорт пользователя.
DRV-Z1 – это первая стереоцифровая 3D‑система, которая позволяет удаленно просматривать, захватывать и передавать изображение для общего использования (рис. 6). Возможность обмена 3D‑изображениями в реальном времени по сетям открывает новые горизонты сотрудничества между клиентами, поставщиками и сотрудниками предприятия.
Компоненты, детали и объекты можно просматривать в режиме реального времени непосредственно на производственном месте или из любой точки планеты. Оперативное и точное представление информации способствует быстрому принятию решений. Можно удаленно, находясь, например, в Калининграде, контролировать в 3D технологический процесс и наблюдать за работой оператора, которая происходит на фабрике во Владивостоке, то есть видеть то же самое стереоизображение. Для этого достаточно подключиться через сеть Интернет DRV-Z (из Калининграда) к другому DRV-Z (из Владивостока).
Такой уровень взаимодействия позволяет полностью забыть о препятствиях и сложностях географического характера, удобные методы работы повышают эффективность и действенность основных рабочих процессов.
Описанные модели для стереовизуализации вносят заметный вклад в развитие технологии «Индустрия 4.0». В дополнение к цифровизации, электронным информационно-коммуникационным технологиям и 3D‑печати можно привести ряд новых научных и технических разработок, включая фотонику, биотехнологии, нанотехнологии, микротехнологии, усовершенствованные материалы, радикальные изменения в энергетических и экологических технологиях и многое другое.
Литература / References
Щетинина Н. Ю. Индустрия 4.0: практические аспекты реализации в российских условиях // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. 2017. № 1 (21). C. 75–84.
Shchetinina N. Yu. Industry 4.0: practical aspects of introduction In the Russian conditions / / Models, systems, networks in economics, engineering, nature and society. 2017. № 1 (21). P. 75–84.
Тарасов И. В. Технологии индустрии 4.0: влияние на повышение производительности промышленных компаний // Стратегические решения и риск-менеджмент. 2018. № 2 (107). С. 62–69.
https://doi.org/10.17747/2078-8886-2018-2-62-69.
Tarasov I. V. Technologies of 4.0 industry: impact on the performance improvement of industrial companies // Strategic decisions and risk-management. 2018. № 2 (107). P. 62–69.
Отзывы читателей
