Журнал "Системы Безопасности" № 1‘2021

В И Д Е О Н А Б Л Ю Д Е Н И Е И В И Д Е О А Н А Л И Т И К А М ашинное зрение сегодня востребовано в самых разных отраслях: в обрабатываю- щей промышленности, на сборочном производ- стве, в сельском хозяйстве, в интеллектуальных системах управления транспортом и обеспече- ния безопасности. Во многих случаях системы работают в труднодоступных местах и в суровых условиях эксплуатации, что предъявляет повы- шенные требования к конструкции и качеству изготовления каждого экземпляра. Вот лишь неполный перечень условий, при которых каме- ры должны сохранять полную работоспособ- ность и бесперебойно обеспечивать высокое качество изображений: l широкий диапазон температуры окружающей среды; l пыль и влажность; l находящиеся в движении и создающие виб- рации машины и механизмы; l разнообразные источники электромагнитного излучения. Мало назвать камеру промышленной, нужно подтвердить это результатами тестов и испыта- ний. Для обеспечения надежного решения испытания начинаются на самых ранних этапах жизненного цикла изделия – при проектирова- нии и конструировании и заканчиваются тща- тельным контролем качества каждого экземпля- ра на финальных этапах производства. Боль- шинство применяемых у нас в стране стандартов повторяют или имеют в основе своей стандарты Международной электротехнической комиссии (МЭК, англ. – International Electrotechnical Com- mission, IEC), и мы будем в основном ссылаться на них. Настоящий материал не охватывает все многообразие доступных тестов, но призван дать представление о наиболее популярных подходах к созданию промышленных камер машинного зрения, специально разработанных для сложных условий эксплуатации. Хорошее начало – необходимое условие успеха Создание новой камеры начинается с выбора технических решений, материалов и компонен- тов на этапе проектирования. Итеративная про- цедура совершенствования конструкции пред- ставляет собой серию циклов из испытаний, анализа выявленных проблем, модификации проекта и следующих испытаний, вплоть до получения результата, удовлетворяющего заданным техническим требованиям. Для сокращения времени ведущие производители используют методологию стресс-тестов: на этапе проектирования – HALT (Highly Accelera- ted Life Tests), о ней речь пойдет ниже, и HASS (Highly Accelerated Stress Screens) в процессе производства, о которой мы поговорим во вто- рой части нашей статьи. Согласно HALT прото- типы будущей камеры подвергаются воздей- ствиям (экстремально высокие и низкие темпе- ратуры, вибрации, удары), существенно пре- вышающим предполагаемые условия эксплуа- тации. Целью является не прохождение того или иного испытания, а выявление узких мест и совершенствование конструкции. То есть про- тотипы подвергаются, по сути, намеренному, контролируемому разрушению. Поэтому в качестве воздействия зачастую используются комбинации факторов, не встречающиеся в обычной жизни, но позволяющие быстро выявить скрытые недостатки. Примером может быть серия термоударов – быстрое перемеще- ние работающих прототипов из холодного в горячий отсеки климатической камеры с большой разницей температур. Помимо экс- тремальных стресс-тестов этап проектирования включает также серию стандартных проверок на вибро- и ударопрочность для случайных и гармонических воздействий, на электромаг- нитную совместимость и устойчивость к элек- тростатическим разрядам. Испытания на механические нагрузки Камера машинного зрения часто работает в соста- ве сложной промышленной установки или линии, содержащей много движущихся частей. Основа- ние, на котором установлены камеры, может быть подвержено резким сменам направления и вне- запным ударам. Станки, механизмы, моторы и другие движущиеся части всегда будут источни- ком вибраций, несмотря на усилия инженеров максимально снизить их уровень (рис. 1 – виб- рационное тестирование камер). Телам вращения свойственны гармонические возбуждения. Для определения устойчивости к гармоническим колебаниям проводятся серии испытаний гармо- ническим (синусоидальным) сигналом перемен- ной частоты. Тесты помогают выявить недостатки конструкции, связанные с резонансом. Резонанс- ные явления вызывают разрушение и возникают при совпадении частоты внешнего воздействия с собственной резонансной частотой изделия. При- чиной резонанса может быть, например, без- обидный на вид высокий компонент, плохо закрепленный на печатной плате. В ходе испыта- ний на камеры оказывается настолько сильное воздействие, что уровень акустического шума от вибрации стенда требует защиты ушей. Проверке подвергается не только прочность внутренних компонентов, но и инженерные решения по креп- лению камеры и объектива. В табл. 1 приведены международные стандарты, в соответствии с кото- рыми проводятся такие испытания. Камеры машинного зрения, способные выдержи- вать механические нагрузки, – предпочтитель- ный выбор во многих задачах, в том числе и за рамками промышленного производства, напри- мер для установки на автомобилях, сельскохо- зяйственной технике, автомобильных и железно- дорожных мостах и дорожных конструкциях. Испытания на электромагнитную совместимость (ЭМС) Электродвигатели, системы питания и регуляторы на современном предприятии генерируют элек- тромагнитное излучение гораздо более высокого уровня, чем бытовая или офисная техника. Для того чтобы убедиться в бесперебойной работе устройства в промышленных условиях, МАШИННОЕ ЗРЕНИЕ 94 февраль – март 2021 www.secuteck.ru Максим Сорока Генеральный директор компании "Витэк-Автоматика" Рис. 1. Камеры приготовлены для вибрационных тестов Таблица 1. Международные стандарты Тест Стандарт Параметры Удар IEC 60068-2-27 Каждая ось (x/y/z), 20 g, 11 мс, +/- 10 повторений Тряска (Bump) IEC 60068-2-27 Каждая ось (x/y/z), 20 g, 11 мс, +/- 100 повторений Широкополосная IEC 60068-2-64 Каждая ось (x/y/z), 4,9 g RMS, 15–500 Гц, 0,05 g 2 /Гц ускорение, вибрация 30 мин. на каждую ось Вибрация IEC 60068-2-6 Каждая ось (x/y/z), 10–58 Гц: 1,5 мм; 58—500 Гц: 10 g; синусоидальная 1 октава/мин., 1 час 52 минуты на каждую ось Камера машинного зрения в промышленном исполнении Воплощение замысла Распространение той или иной технологии влечет за собой ее адаптацию к различным сферам применения. Камеры машинного зрения, зачастую работающие не в "теплич- ных" условиях эксплуатации, должны быть к этому готовы. Как создаются камеры машинного зрения для промышленных применений? Об этом настоящая статья