Фото: automationworld.com

Материал, рассказывающий о применении оснащенных техническим зрением роботов в упаковочной отрасли, опубликован на Youngester. К началу нашего столетия относительно немного роботов использовалось на упаковочных линиях по сравнению с другими отраслями индустрии. Большинство этих роботов занималось формированием и расформированием палет. Эта область применения для многих упаковщиков оказалась относительно легко окупаемой. И в течение десяти лет количество робототехники, применяемой при палетизации, увеличилось.

К середине прошедшего десятилетия картина начала меняться. Роботы взялись за работу в упаковочных линиях, на погрузке и разгрузке. Данная тенденция продолжилась, несмотря на экономическую рецессию. Хотя количество заказов новой робототехники снизилось на 30% за первые три квартала 2009 года, продажи в упаковочной индустрии продолжались на хорошем уровне. На 2010 год эксперты предсказали их дальнейший рост.

Отчего такие изменения? Объяснение можно начать двумя словами: зрение и универсальность. Техническое зрение, как правило, является главным компонентом высокоскоростных перегрузочных операций. Это недешевое удовольствие, и его трудно применять на деле, поскольку сложность технологии технического зрения усугубляется сложностью интеграции систем технического зрения в роботах, которые работают в разных системах координат и имеют разные системы управления.

Дик Монтли (Dick Motley), менеджер по работе с заказчиками в Северной Америке компании Fanuc Robotics America Inc. (Рочестер Хиллз, штат Мичиган), не понаслышке знает о трудностях инжиниринга. Он вспоминает: «До того как прийти в Fanuc, я присутствовал на встречах по поводу разных проектов и видел, как поставщики систем технического зрения и производители роботов спорили, буквально указывая друг на друга пальцами».

Изменения начались в конце 2006 года, когда Fanuc выпустила свою первую роботизированную систему с встроенной функцией технического зрения. Оснащенная портом для камеры в процессоре, программой зрения для контроля конвейера, проверки дефектов, и других функций, встроенных в контроллер, система могла быть установлена на линии быстрее и дешевле.

Робот Fanuc с встроенной функцией технического зрения

«Интеграция камеры в контроллере робота продемонстрировала преимущество Fanuc для клиентов, — говорит Стивен Прен (Steven Prehn), старший менеджер по продукции подразделения Material Handling Group компании Fanuc Robotics. — Автоматическая привязка зрения к системе робототехники обеспечила нам большой скачок вперед на рынке».

Конкуренты не дремлют. Компания Adept Technology Inc. (Плезантон, штат Калифорния), имеющая опыт в создании систем упаковки и технического зрения, выпустила свою собственную интегрированную платформу «робот/зрение», дополненную специальным «упаковочным» программным обеспечением. Другие компании, выпускающие робототехнику, включились в гонку, предоставляя пользователям разнообразный по возможностям и ценам ассортимент, подталкивая разработчиков в сфере робототехники.

Время перемен

Сравнивая спецификации современных производителей робототехники с тем, что были выпущены десять лет назад, вы сможете заметить, что сегодняшние роботы в целом быстрее, точнее своих предшественников и обладают лучшей повторяемостью. Приводы работают быстрее и точнее, двигатели и контроллеры движения сейчас более усовершенствованные. Большинство современных роботов — высоконадежные машины, не требующие сложного технического обслуживания.

Что касается зрения, этого могущественного джинна, которого порой бывает трудно извлечь из его бутылки, усилившаяся компьютерная мощь позволила использовать алгоритмы программного обеспечения, чтобы системы могли справиться с большей степенью изменений освещения, что было ахиллесовой пятой многих видеосистем в недавнем прошлом. Кроме того, разработка меньших по размеру, более дешевых камер, открыла возможности для новых областей применения, которые еще недавно были бы экономически неоправданными.

Акцентирование внимания на позитивных изменениях, не должно скрывать имеющиеся трудности. Джон Джи Шван (John G. Schwan), представитель системного интегратора робототехники — компании QComp Technologies Inc. (Гринвилл, штат Висконсин), — отмечает, что несмотря на множество выгод и преимуществ, роботы с техническим зрением «все еще дороги и не подходят для некоторых применений, где требуется высокий уровень инспекции или интерпретации данных в сочетании со скоростным роботом». То есть большее количество информации и ее анализ требуют большей мощи процессоров, что выражается в более высокой стоимости.

Сегодняшние роботы в целом быстрее, точнее своих предшественников и обладают лучшей повторяемостью. Фото: sae.org

Рич Майкьюлек (Rich Mikulec), проект-менеджер системного интегратора Han-Tek Inc. (Виктор, штат Нью-Йорк), соглашается с тем, что требования, связанные с высоким уровнем анализа данных, тормозят развитие многих потенциальных сфер применения робототехники в упаковке. По его словам, Han-Tek одной из первых экспериментировала с техническим зрением десять лет назад, и все были разочарованы качеством этой технологии. Конечно, за это время технология прошла немалый путь, и сейчас используются такие решения, как считывание штрих-кодов, оценка маркировки упаковки и ориентация продукции.

Такие компании, как Han-Tek и QComp, играют значительную роль в реализации преимуществ технологии.

Требование универсальности

До настоящего момента одно из ключевых преимуществ роботизированной технологии, оснащенной техническим зрением, оставалось в тени. Это универсальность. Мы привыкли слышать, что требования клиента — главный двигатель американской экономики. В годы после Второй мировой войны этот двигатель запустил автоматизацию в быту. Мужчины и женщины, пережившие войну, хотели и могли себе позволить стиральные машины, холодильники, автомобили, телевизоры, газонокосилки, смеси для кекса, арахисовое масло и множество других вещей, заполнявших новые дома американцев.

В определенный момент рынок насытился всеми этими товарами. На этом этапе движение рынка происходит в основном за счет рекламы и продолжающейся диверсификации в принципе схожих продуктов, особенно в потребительской упаковке. Вот наблюдение, которым делится Раш Ласелль (Rush LaSelle): «Простой факт состоит в том, что для большинства продуктов, особенно пищевых, упаковка является частью стоимости продукта, которая так же продается потребителю, как и ее содержимое».

Ласелль, директор по продажам и маркетингу компании Adept, отмечает, что «техническое зрение и робототехника идут рука об руку, позволяя производителям перестраиваться так, что они могут приспособить изменения упаковки к современному сокращенному жизненному циклу продукта. Думаю, что это, вероятно, одна из крупнейших общих тенденций и определенно одна из мощнейших движущих сил после внедрения данных технологий».

Шванн из компании QComp приводит пример, иллюстрирующий утверждение, которое высказывает Ласелль. Речь идет о высокоскоростной упаковке мясной и колбасной нарезки в лотки, обернутые в термоусадочную пленку. Система включает в себя два робота, один из которых группирует лотки с продуктом, а второй — поднимает их и укладывает транспортные короба. Шванн подчеркивает: «Мы используем техническое зрение для размещения продукции и инспектирования этикеток на движущемся конвейере со скоростью 150 упаковок в минуту. Эти показатели превышают возможности современной жесткой автоматики. Часто изменяемая конфигурация продукта создает сложные ситуации для средств жесткой автоматики».

Лотки имеют по две этикетки — одну сверху, другую снизу. Они инспектируются на предмет наличия этикетки и точности ее позиционирования. Шванн продолжает: «Тенденция идет определенно к большему разнообразию и частым сменам конфигурации продукции. А упаковочное оборудование старого стиля — прочное, механическое с жесткой автоматикой — не является достаточно гибким и универсальным для новых требований. Единственное приемлемое решение лежит в области робототехники с системой технического зрения. Роботизированные системы могут изменять ориентацию продукта, давать разные настройки для устройства, оборачивающего в термоусадочную пленку, и все это одним нажатием кнопки». 80% систем, устанавливаемых сегодня компанией QComp, оснащены системой технического зрения в сочетании с роботом.

Лео Петроконис (Leo Petrokonis), менеджер по развитию бизнеса направления упаковочной индустрии компании Rockwell Automation Inc. (Милуоки), вступает в разговор с впечатляющими цифрами: «Недавно я просматривал обзоры производителей оборудования. Один из них, от 2008 года, поразил меня. Там сообщалось, что более 40% производителей оригинального упаковочного оборудования OEM либо предлагают робототехнику, либо собираются сделать это в ближайшие годы».

В соответствии с данными цифрами, ожидая, что техническое зрение будет играть все большую роль, компания Rockwell выступила с инициативами, отражающими и способствующими развитию тенденций, о которых речь шла выше. Эти инициативы включают сотрудничество с производителем видеосистем Cognex Corp. (Натик, штат Массачусетс). Идея состоит в том, чтобы обеспечить простую, легко внедряемую коммуникацию между системами Rockwell и Cognex. «Это позволит системам Cognex появляться в наших системах, как и другим устройствам через сеть Ethernet, так что нам не надо писать специальную программу для коммуникации с ними. Это в сочетании с тем фактом, что программы технического зрения станет проще конфигурировать, даст возможность проще использовать роботизированные системы с техническим зрением в сфере упаковки, с более быстрой установкой, наладкой и выявлением дефектов».

Тенденции представляется ясными: увеличение использования роботов с техническим зрением в сфере упаковки, усиление интеграции различных компонентов системы и акцент на создании систем, которые проще внедрять и проще использовать. А высокий уровень дифференциации продуктов, создающий столь благодатную почву для расширения областей применения робототехники с техническим зрением, в ближайшие годы точно не снизится.