Machine Vision กับ Vision Sensors

       ผู้ผลิตที่ใช้ระบบ Machine Vision ในการตรวจสอบชิ้นส่วนต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น แขนหุ่นยนต์หรือการจัดเรียงแพคเกจนั้นอาจต้องเผชิญปัญหาเดียวกันเหมือนกับช่างถ่ายภาพ นั่นก็คือการจัดแสงให้เหมาะสมนั่นเอง 

      ปัญหาคือพื้นที่ในโรงงาน ส่วนที่มีหน้าต่างนั้นจะมีแสงสว่างมากเกินไปในช่วงบ่าย และจะเกิดเงาในฝั่งตรงข้ามด้วยเช่นกัน ซึ่งส่วนที่เป็นเงาที่สะท้อนแสงกลับเข้าไปในกล้องนั้น อาจทำให้ภาพเสียหายและไม่สามารถตรวจสอบได้ 

       โซลูชั่นนี้จึงต้องใช้ Machine Vision Filters ที่ช่วยในการกระจายแสง และวิธีการจัดแสงในรูปแบบต่างๆ ที่ช่วยทำให้มั่นใจได้ว่าระบบ Machine Vision สามารถแสดงภาพได้อย่างชัดเจน สำหรับนำไปใช้ในการตรวจสอบแบบอัตโนมัติตามที่โรงงานต้องการ

     Common Lighting Challenges in Automated Factories

       กล้องในระบบ Machine Vision นั้นเปรียบเหมือนกับกล้องดิจิตอลทั่วไป คือใช้เลนส์เพื่อหักเหแสงไปยัง Vision Sensor ที่ทำงานร่วมกับชิปประมวลผลสัญญาณดิจิทัล หรือที่เรียกกันว่า DSP นั่นเอง เพื่อแปลคลื่นแสงเป็นพิกเซลที่สร้างภาพ ซึ่งภาพเหล่านี้ช่วยให้หุ่นยนต์อุตสาหกรรมระบุชิ้นส่วนและเคลื่อนย้ายไปยังตำแหน่งที่เหมาะสมในลำดับการผลิตได้ โดยตัวแปรทั้งหมดนี้ต้องสามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ เพื่อให้สายการผลิตทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

       แต่นั่นอาจไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากตัวแปรของแสงทั้งหมดนั้นขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมในการผลิต ซึ่งปัญหาที่พบบ่อยที่สุดในการตั้งค่าระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม ได้แก่ :

       Ambient light : ระดับแสงโดยรอบของโรงงานมีการเปลี่ยนแปลงตลอดทั้งวัน การแก้ไขโดยการเพิ่มแสงทำให้เกิดแสงสีขาว อาจส่งผลต่อแสงในกระบวนการผลิตอัตโนมัติในบริเวณใกล้เคียง

       ซึ่งแม้ว่าการแก้ไขแบบเดิมๆ เช่นการปรับความเร็วชัตเตอร์ของกล้องและความกว้างของรูรับแสงจะช่วยได้ แต่ในระบบ Vision นั้นยังสามารถใช้ Band-Pass Filters ซึ่งทำให้มีเพียงแค่สเปกตรัมของแสงในช่วงแคบเท่านั้นที่เข้าถึงกล้อง Vision Sensor ได้ จึงทำให้มั่นใจได้ว่ากล้องจะมองเห็นเฉพาะที่ระบบ Vision ต้องการ

       Colors : สีของชิ้นส่วนในการผลิตอาจส่งผลต่อความสามารถของหุ่นยนต์ที่ใช้กล้องในการมองเห็น บนกล่องหรือฉลากบรรจุภัณฑ์สี บางสีจะสะท้อนแสง ในขณะที่สีอื่นดูดซับไว้ ซึ่งอาจส่งผลอย่างมากต่อการทำงานของระบบกระจายสินค้าของบริษัทที่เกี่ยวข้องกับระบบโลจิสติกส์ หรือในบริษัทที่ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โดยสีของสายไฟสามารถส่งสัญญาณที่สำคัญไปยังระบบการมองเห็นได้

       กล้อง Machine Vision มักใช้ไฟ LED เพื่อสร้าง Contrast ของภาพและลดการตกกระทบของสีบน Surfaces โดยฟิลเตอร์สีสามารถเพิ่มประสิทธิภาพหรือเสริมเอฟเฟกต์ของไฟ LED ได้

       Reflections : พื้นผิวมันวาวบนโลหะและพลาสติกก่อให้เกิดแสงส่วนเกิน ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพในการถ่ายภาพลดลง แต่การสะท้อนแสงก็ไม่ได้มีแต่ข้อเสียทั้งหมด การสะท้อนแสงสามารถใช้เพื่อเปลี่ยนเส้นทางแสงไปยังบริเวณที่มืด โดยที่วิธีการจัดแสงอื่น ๆ ไม่สามารถเข้าถึงได้

       ฟิลเตอร์โพลาไรซ์เป็นหนึ่งในวิธีแก้ไขที่ดีที่สุดสำหรับการสะท้อนแสง หรืออีกวิธีหนึ่งที่เรียกว่าการส่องสว่างในพื้นที่มืด จะทำให้แสงบนพื้นผิวเป็นมุมตื้นและลดการสะท้อนแสงลง การใช้การกระจายแสง จะช่วยกระจายรังสีไปทั่ววัตถุ เพื่อลดจำนวนรังสีโดยตรงที่กระทบกับพื้นผิวมันวาว นอกจากนี้กล้องยังสามารถปรับมุมและจุดเฉพาะ เพื่อตรวจจับข้อบกพร่องในพื้นที่สะท้อนแสงได้อีกด้วย

        Shadows : แสงจากเกือบทุกมุมสามารถทำให้เกิดเงาได้ และทำให้ลดความชัดเจนของภาพ Machine Vision ลง โดยเฉพาะชิ้นส่วน 3 มิติ (ซึ่งต่างจากฉลากผลิตภัณฑ์สองมิติ) มีแนวโน้มที่จะเกิดเงาในภาพถ่ายได้ง่ายกว่า

       ซึ่งแม้ว่าการเปลี่ยนมุมในการติดตั้งกล้องจะช่วยแก้ไขเงาบางส่วนได้ แต่เทคนิคการถ่ายภาพที่เรียกว่า High Dynamic Range (HDR) กำลังเป็นที่นิยมและถูกใช้มากขึ้น โดยภาพถ่าย HDR นั้นจะช่วยสร้างความสม่ำเสมอของภาพและลดเงาที่อาจเกิดขึ้นได้

        Angles : ชิ้นส่วนที่ซับซ้อน เช่น บล็อกเครื่องยนต์และท่อร่วมไอเสีย ต่างมีหลายมุมที่สร้างปัญหาในเรื่องของแสง

       ตัวยึดกล้องสามารถปรับมุมเพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ได้ โดยการจัดวางชิ้นส่วน กล้องและไฟในมุมที่เหมาะสมจะช่วยระบุข้อบกพร่องในผลิตภัณฑ์ได้ชัดเจน แม่นยำยิ่งขึ้น

       Surface Defects : ดอกสว่านและเครื่องมิลลิ่งมีชิ้นส่วนที่ต้องถอดออก การเชื่อมด้วยหุ่นยนต์อาจทิ้งชิ้นส่วนโลหะไว้เป็นชิ้น ๆ โดยที่มันไม่ได้เป็นของผลิตภัณฑ์ กล้อง Machine vision ต้องสามารถแจ้งข้อบกพร่องเหล่านี้ได้ก่อนที่จะทำให้เกิดปัญหา

       ฟิลเตอร์กระจายแสงช่วยกระจายแสงไปทั่วพื้นผิวสามมิติเพื่อระบุความผิดปกติ ส่วนบนพื้นผิวเรียบก็ทำให้การถ่ายภาพในพื้นที่มืดเกิดภาพที่ดีกว่า

       Dimensions And Optical Distance : ขนาดของวัตถุสามารถก่อให้เกิดปัญหาด้านแสงเป็นอย่างมาก ไม่ว่าจะอยู่ใน Microscopic Environment เช่น Silicon Wafer หรือใน Macro Environment เช่น โรงงานผลิตเครื่องบินพาณิชย์ ยิ่งไปกว่านั้น ระยะห่างของแสงระหว่างกล้องกับวัตถุอาจส่งผลต่อคุณภาพของภาพและความต้องการแสง

        ระยะทางแสงสั้น มักต้องการแสงน้อยกว่าระยะแสงที่ไกล ดังนั้นจึงต้องติดตั้งกล้องอย่างมีกลยุทธ์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการมองเห็นของระบบ Machine Vision

       Hardware and software : ที่สุดแล้ว Machine Vision จะมาจากการเลือกกล้อง เลนส์ และซอฟต์แวร์ที่เหมาะสม ซึ่งทำให้เกิดผลลัพธ์ที่ดีที่สุดสำหรับความต้องการของระบบอัตโนมัติ ตัวอย่างเช่น กล้องที่สามารถติดตั้ง LED ได้หลายสี เพื่อฉายแสงสีน้ำเงินในส่วนหนึ่งและไฟสีแดงที่ส่วนอื่น กล้องที่มี liquid lenses ไม่มีชิ้นส่วนที่ต้องเปลี่ยนหรือเคลื่อนย้าย จึงช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา

       แอปพลิเคชันบางตัวต้องการกล้องอินฟราเรดหรืออัลตราไวโอเลตที่จับแสงนอกสเปกตรัมการมองเห็นของมนุษย์ ดังนั้น High-Performance Machine Vision Software จะดึงตัวแปรทั้งหมดเหล่านี้มารวมกันเป็นโซลูชันที่สอดคล้องกัน