Strojovým viděním se liberecká firma Applic zabývá od roku 1999. Tehdy se na ni obrátil výrobce palubních přístrojů Škoda Fabia, jestli by byla schopna udělat inspekci palubního přístroje. Za svůj první kamerový inspekční systém, který měl tehdy jen jednu kameru, získala firma Zlatou medaili na Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně 2000. Od té doby byly z Liberce vyexpedovány stovky mnohem složitějších testerů a zařízení využívajících strojové vidění. Zařízení se využívají pro finální i mezioperační kontroly a strojové vidění už patří ve výrobě mezi standardní metody řízení kvality. O jeho začátcích, vývoji a využití si povídáme s jednatelem společnosti Applic, s. r. o., Ing. Vladimírem Hamplem. Co vlastně je strojové vidění? Strojové vidění je název užívaný pro průmyslové systémy automaticky zpracovávající obraz z kamer. Jednoduše lze říci, že se jedná o zpracování obrazových informací s využitím výpočetní techniky. Charakteristickou vlastností systémů strojového vidění je napojení kamerového systému do výrobního procesu s orientací na typické úlohy, kterými jsou například kontrola vstupní či výstupní kvality, kontrola tvarů, počítání objektů, kontrola barev, čtení znaků čárových kódů atd. Typickou úlohou je i navigace robotů na náhodně rozmístěné výrobky, popřípadě v kombinaci s pohybem výrobků sypaných na pás dopravníku. Cílem takové úlohy je sběr výrobků a jejich umísťování do palet nebo do cílové sestavy. Na základě vyhodnocení obrazu zařízení může vyřazovat vadné výrobky s udáním typu závady, ale i upozornit obsluhu stroje na seřízení stroje apod. Cílem je – v souladu s Průmyslem 4.0. – nahradit subjektivní posouzení člověka, případně vyšší úroveň automatizace výrobního procesu. Tyto systémy se uplatňují nejen při kontrole kvality, ale také při automatizaci na kompletačních linkách. Strojové vidění se uplatňuje i mimo průmysl, například v bezpečnostních systémech, v identifikaci osob a vozidel apod. Tato disciplína tedy stále častěji nahrazuje lidskou kontrolu. Nahradí ji úplně? Existují takové vize, ale kamery nejsou všemocné – nevidí mnoho věcí, které nerozliší ani software. Jsou to různé drobnější defekty, optické a kosmetické vady na povrchu, případně lehká škrábnutí. Kamerou jsou těžce detektovatelná lehká škrábnutí na povrchu výrobku, šmouhy viditelné z jednoho pohledu, lehké změny ve struktuře povrchu, vady na lesklém povrchu apod. Někteří zákazníci si myslí, že osazením jedné kamery odhalí všechny závady výrobku. To téměř nikdy není možné. Kamery jsou vhodné na kontrolu kompletnosti a jakosti výrobků, na kontrolu přítomnosti všech komponentů, šroubů, matek, záslepek, hadiček, drátů a podobně. Výhoda kamerové kontroly spočívá v tom, že probíhá pořád stejně. Člověk se při jednotvárné kontrole stovek a tisíců výrobků po určité době unaví a začne dělat chyby. Kamera se neunaví nikdy. Letos to je dvacet let, kdy firma APLIC vyrobila první kamerový inspekční systém. Byli jste v České republice první, kdo o něco takového vyrobil jako čistě český produkt. Jak na svůj první tester vzpomínáte? Náš systém byl v roce 1999 absolutní novinkou. Měl jednu kameru umístěnou na lineárním pojezdu, která se pohybovala nad testovaným výrobkem. Po přejetí do každé nové pozice sejmula kamera nový snímek, který byl naším SW ihned vyhodnocen. Na jednom výrobku se provádělo asi 70 testů. Z dnešního pohledu to bylo pomalé a mělo to spoustu nevýhod, ale tehdy to byl pokrok. Ta kontrola velkého palubního přístroje byla poměrně složitá. Bylo nutno zkontrolovat desítky věcí: všechny barevné kontrolky, kalibrovali jsme nastavení všech ruček apod. Palubní přístroj je řízen mikroprocesorem, a museli jsme pro něj softwarově nasimulovat určitou rychlost tak, aby se ručka vychýlila do dané pozice na tachometru. Pomocí kamerového systému jsme provedli korekci vychýlení a natrvalo ji uložili do řídicího systému přístroje. Od té doby vyrábíte další systémy. Jak se v průběhu dvaceti let měnily? Po úspěchu prvního kamerového inspekčního jsme podobných zařízení vyrobili asi deset. Postupně jsme viděli i potenciál podobného řešení v jiných oblastech průmyslu. Přizpůsobit však náš původní SW pro jiné úlohy bylo komplikované a časově náročné. Pomohla nám šťastná okolnost, kdy největší výrobce systémů strojového vidění na světě, firma Cognex, hledala v roce 2005 partnera pro ČR. Oslovila nás a od roku 2005 jsme jejím oficiálním Partnerem a Systémovým Integrátorem (PSI). Výrazně se tak změnily naše technické možnosti, neboť používáme zařízení a SW, které vyvinul velký tým vývojářů. Můžeme proto nabídnout zařízení pro mnoho odvětví průmyslu. Obvykle se jedná o multikamerové systémy. Naše největší úloha strojového vidění zpracovává obraz z 28 kamer. Oproti našim pionýrským dobám je velký rozdíl i v oblasti kvality obrazu, rozlišení a rychlosti snímání obrazu. V průkopnických dobách jsme pracovali s kamerami s rozlišením 640 × 480 pixelů, dnes nejsou výjimkou aplikace s kamerami s rozlišením 20 Mpx i více. Rozlišení kamery je však jen část budoucího úspěchu. Důležitá je kvalitní optická část a osvětlení kontrolovaného výrobku. Návrh musí být dobře promyšlen s ohledem na všechny požadavky zákazníka včetně ceny. Kde všude se strojové vidění uplatňuje? Systémy strojového vidění se používají při finálních nebo mezioperačních kontrolách. Mezioperační kontroly jsou náročnější, protože například kontrolují výrobek před tím, než se celý definitivně uzavře přivařením plastového krytu. Kontrolovat se tak musí nejenom správná funkce výrobku, ale také správné sestavení výrobku, označení výrobku apod. Na jednom výrobku mohou probíhat i stovky vizuálních kontrol během několika sekund. Záznamy o všech provedených kontrolách jsou uloženy včetně snímků na příslušné úložiště dat k pozdějšímu využití. Vlastní kontroly až na výjimky neprobíhají v režimu porovnání snímků. Zjednodušeně lze říci, že obraz je rozložen do různě dlouhých vektorů a počítá se jejich pozice v obraze. To umožňuje zpracovávat snímky jednoho výrobku, které se značně liší světelnými podmínkami při snímání nebo pozadím snímaného objektu. SW nástrojů pro analýzu obrazu existuje několik set a každý má ještě řadu možností v nastavení. Kontrolovat se mohou rozměry, úhly, barvy, počty kusů, obrysy, tvary a například i správné osazení všech komponentů výrobku. Vizuální inspekce je složitý proces, při kterém se mohou jednotlivé komponenty výrobku osvětlovat z různých úhlů různými světly a snímají se snímky pro tyto specifické podmínky osvětlení. Pokud systém vyhodnotí výrobek jako dobrý, pouští ho na další výrobní operace. Pokud výrobek nevyhoví testům, tak odjíždí z testeru obvykle jiným výstupem. Zákazník pak rozhodne o jeho opravě nebo ho zcela vyřadí z výrobního procesu jako vadný a neopravitelný. Co dnes nabízíte? Kde všude vaše testery najdeme? Naše firma stroje se systémy strojového vidění vyvíjí, konstruuje i vyrábí. Jedná se o jednoúčelové stroje dodávané „na klíč“. Všechny profese nutné k této činnosti máme u nás. Zejména jde o strojní konstrukci, projekci elektro, programátory PLC, robotů i systémů strojového vidění a další nutné profese. Největší podíl našich zakázek, zhruba 60 %, pokryje automobilový průmysl. Tam jsou našimi partnery obvykle subdodavatelé velkých automobilek. Naše systémy se využívají také v potravinářství a farmaceutickém průmyslu, kde se výstupní kontrola zaměřuje třeba na kvalitu obalu, správné označení. Systémy strojového vidění se používají i ke kontrole vlastních potravinářských výrobků např. pro kontrolu celistvosti výrobku (ulámané kraje apod), barvy a tvaru výrobku. Systémy strojového vidění dodáváme i pro gumárenský průmysl a elektrotechnický průmysl a řadu dalších odvětví průmyslu. Pro elektrotechnický průmysl jsme například vyvinuli robotické stanice určené pro montáž a testování elektrických přístrojů, kde se kontroluje úplnost přístroje i jeho funkce včetně správných potisků. Správný potisk přístroje je velmi zásadní pro správnou funkci cílového zařízení. Jak takový vývoj vypadá? Zákazník specifikuje, co potřebuje kontrolovat, naši technici navrhnou řešení mechanické i elektrické části stroje, které průběžně konzultují se zákazníkem. Poměrně často se dohodneme na zmírnění příliš přísných parametrů kontroly nebo měření, které by stroj zbytečně prodražily. Často mají totiž zákazníci představu, že kamera je měřicí zařízení ve smyslu metrologickém, a ne pouze kontrolní zařízení pro ověření rozměrů. Po odsouhlasení a objednávce zadání zařízení podle daných údajů zhotovíme základní elektrickou a strojní část stroje v 3D prostředí pro modelaci. V této fázi je ještě možno bez větších nákladů změnit sestavu stroje nebo jeho komponentů. Po odsouhlasení zadáváme jednotlivé díly do výroby a objednáváme nakupované díly. Po montáži základních mechanických prvků stroje elektromechanici souběžně se strojními montéry a techniky zapojují elektrické obvody včetně předem zkompletovaných rozváděčů a dokončují montáž mechanických částí stroje. Tým vedený vedoucím projektu průběžně konzultuje problematické části stroje se zákazníkem. Po dokončení elektromechanických prací nastupují programátoři na všechny programovatelné části stroje, tzn. PC, PLC, strojové vidění apod. Na konci výrobního procesu stroje se provádí funkční zkouška stroje. A obvykle se ještě dolaďují jednotlivé části stroje, protože stroj musí pracovat spolehlivě. Myslíte, že je strojové vidění na vzestupu? Mají o ně firmy zájem? Jaká je návratnost milionových investic? Tendence je jednoznačně vzestupná. Většina velkých a středních firem už strojové vidění využívá. Ty malé ještě obvykle ne. Jedná se o poměrně nákladnou záležitost, která se vyplatí až u velkosériové výroby. Nemá cenu při sto kusech denně investovat do drahého složitého inspekčního nebo robotického systému. To by se negativně promítlo do ceny výrobku. Výhody z ekonomického hlediska nedokážu posoudit, ale podle našich zákazníků se návratnost pohybuje v rozmezí od jednoho roku do dvou let. Firmy si stěžují na nedostatek technicky vzdělaných odborníků. Je to i váš problém? Obecně je známo, že je na trhu práce nedostatek technicky vzdělaných odborníků. My máme výhodu, že dlouhodobě spolupracujeme s Technickou univerzitou v Liberci, zejména s Fakultou mechatroniky, informatiky a mezioborových studií. Částečně se i spolupodílíme na výchově mladých odborníků. Naši laboratoř strojového vidění mají studenti i doktorandi k dispozici pro řešení úloh souvisejících se studiem. Doktorandi FM TUL pro nás také řeší dílčí konkrétní úkoly. Pravidelně na fakultě přednáším o strojovém vidění v praxi. Ukazuje se, že studenti si rádi teoretické znalosti doplní praktickými poznatky a potvrdí si, že to, co se učí, má praktické využití. Účastníme se také každým rokem konference o strojovém vidění, kterou fakulta pořádá a na kterou přijíždí na 150 lidí z celé republiky. Spolupráce s TUL je pro nás velmi užitečná. Rádi uvítáme absolventy fakulty strojní a fakulty mechatroniky. Mezioborové studijní zaměření fakulty mechatroniky považuji osobně za velmi zdařilý a perspektivní krok liberecké univerzity ve vývoji vzdělání. Absolventi FM TUL mají dobrou pověst a mají dobré předpoklady pro uplatnění v praxi. Několik jich zaměstnáváme. Náš výkonný ředitel je jedním z jejích prvních absolventů. Jaroslava Kočárková
