Luzes, Câmera, LabVIEW – Introduzindo a Smart Camera da National Instruments

Visitando qualquer linha de produção moderna você provavelmente irá reconhecer a nova tendência – denominada “embarcados”;  dispositivos programáveis vêm se tornando uma plataforma comum em diversos tipos de medições.

Esses dispositivos programáveis embarcados são encontrados em várias formas incluindo armazenadores de dados embarcados, sistemas SCADA, controladores programáveis para automação (PACs), e drivers inteligentes para  motores. Assim como o barramento Ethernet fornece uma interface comum de hardware para conectar esses dispositivos, o ambiente de programação gráfica LabVIEW da National Intruments permite uma interface de software comum para programá-los.

Para adicionar à lista crescente de equipamentos industriais embarcados onde você pode programar com o LabVIEW, a National Instruments está introduzindo o primeiro produto da família de Smart Cameras. Essas Smart Cameras são ideais para aplicações industriais de aquisição de imagens como por exemplo, inspeção de embalagens, verificação de montagens, leituras de códigos 1D e 2D e controle de movimento. As Smart Camera da National Instruments empregam o mesmo driver NI-IMAQ e o módulo NI Vision Development usado em sistemas baseados em PC, simplificando a transição desde o projeto até a implementação.

 

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Figura 1.  Smart Cameras da National Instruments analisa imagens diretamente na câmera com um processador PowerPC executando o LabVIEW Real-Time e todo o pacote de algoritmos do NI Vision. 

 

Smart Cameras da National Instruments

Uma câmera industrial tradicional adquire e transmite imagens através de um barramento padrão de câmera, como por exemplo, uma Câmera Link ou IEEE 1394, para um PC host ou sistema de imagem que processa as imagens para extrair informações significantes. A Smart Camera da National Instruments simplifica esse processo através de análises diretamente na câmera com um processador PowerPC executando o LabVIEW Real-Time e todo o pacote de algoritmos do NI Vision (ferramentas de software para processamento e análise de imagens da National Instruments). O primeiro modelo da família, a NI 1722 Smart Camera, possui um processador PowerPC de 400 MHz, a segunda câmera, a NI 1742, tem uma versão de 533 MHz do processador PowerPC.

O sensor de imagem utilizado nessas duas smart cameras é do tipo CCD de alta qualidade capaz de adquirir imagens monocromáticas com resolução VGA (640 x 480) em até 60 frames por segundo. O sensor CCD produz imagens nítidas, aumentando a precisão dos algoritmos como, por exemplo, detecção de borda e comparações de padrões. A combinação do processador PowerPC com o sensor de imagem CCD, ambos integrados com o LabVIEW, fornece facilmente um sistema de inspeção visual distribuído que transmite o resultado da inspeção ao invés da imagem. 

Para comunicar os resultados com outros dispositivos industriais, as Smart Cameras proporcionam E/S digitais acopladas e suporta Ethernet e protocolos seriais como, por exemplo, Modbus TCP. As linhas de E/S digitais das smart cameras são opto isoladas para conexão direta com equipamentos industriais como, por exemplo, triggers e atuadores. Para simplificar a comunicação baseada em Ethernet, as Smart Cameras incluem duas portas Ethernet Gigabit. Com uma porta conectada a uma rede industrial para envio de relatórios com resultados de inspeção, a outra porta pode diretamente comunicar com PACs (Controladores Programáveis para Automação), como um NI CompactRIO ou Compact FieldPoint, para expansão de E/S ou de equipamentos industriais, como controladores lógicos programáveis (CLPs) ou Interface Homem-Máquina (IHM).

 

Benefícios Adicionais da Smart Camera NI 1742

Juntamente com um rápido processador, a NI 1742 Smart Camera inclui suporte para encoder de quadratura e um controlador e driver de strobo para iluminação por LEDs. Trabalhando com encoders de quadratura, a Smart Camera NI 1742 pode sincronizar inspeções com sistemas lineares ou rotatórios de movimento. Essa característica reduz o tempo em aplicações complexas onde consistência é fundamental para o sucesso do sistema.

Para iluminar diretamente objetos abaixo da câmera, a NI 1742 também possui a tecnologia de iluminação direta da National Instruments. Para a maioria dos sistemas de visão, a iluminação é geralmente controlada por um LED externo controlador de strobo. Nesse caso, sinais de trigger são enviados para o controlador para dizer a ele quando ativar a iluminação. Controladores strobo podem exigir um custo adicional para aplicações de máquinas de imagem. Para diminuir custos e reduzir a quantidade de fios, a Smart Camera NI 1742 contém um controlador de luz acoplado, então você mesmo pode direcionar luz da camera. O controlador interno de iluminação direta fornece uma corrente constante de 500mA, e também uma corrente que pode chegar até 1 A. Com a luz strobo, você pode incrementar a intensidade produzida em até 4 vezes sem danificar o soquete.

 

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Figura 2. Todas as Smart Cameras da National Instruments acompanham o software Vision Builder AI. Para aplicações mais avançadas, as câmeras também podem ser programadas com o LabVIEW Real-Time. 

 

Escalabilidade Incomparável

Todas as Smart Cameras da National Instruments incluem o software NI Vision Builder for Automated Inspection (AI). O Vision Builder AI é ambiente de desenvolvimento de aplicações de imagem configurável que você pode usar para construir e distribuir completas aplicações de visão de máquina rapidamente com muita facilidade. As aplicações com o Vision Builder AI são baseadas em um modelo de diagrama de estados fácil de usar. Com esse modelo, você pode configurar sofisticadas inspeções que incluem loops e tomadas de decisão sem fazer programação. O Vision Builder AI também inclui todas as características necessárias para desenvolvimento completo de sistemas de visão de máquina, incluindo triggers avançados, aquisição através de equipamento de aquisições de dados, comunicação com IHMs e CLP, e controle de linhas digitais de E/S.

Para aplicações mais avançadas, as Smart Cameras da NI também são targets LabVIEW Real-Time completos – trazendo a força do LabVIEW e os algoritmos do Módulo Vision Development Module para essa nova plataforma. Outros módulos suportados no LabVIEW Real-Time, por exemplo, o módulo LabVIEW Control Design and Simulation Module, também podem ser utilizados com as câmeras. 

A plataforma de hardware para inspeção visual da National Instruments abrange desde sistemas baseados em PC, sistemas baseados no barramento PCI e PXI, até sistemas compactos de imagem. Toda esta linha de hardware é suportada tanto pelo LabVIEW como pelo Vision Builder AI. Isso significa que você pode desenvolver e fazer protótipos de seus algortimos de visão de máquina com câmeras conectadas à placa de aquisição de imagens e implementar a mesma aplicação para uma NI Smart Camera com o mínimo de alteração no código do LabVIEW ou inspeção do Vision Builder AI.

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Figura 3. A linha de hardware para inspeção visual da National Instruments abrange desde sistemas baseados em PC até Smart Cameras com sensores acoplados. O LabVIEW e o Vision Builder AI trabalham com todas estas plataformas de hardware, assim você pode facilmente evoluir das etapas de projeto e protótipo até a implementação final do sistema.

 

Além da Inspeção Visual

Sistemas de visão raramente estão em um ambiente sem conexão com outras E/S ou integração com a rede empresarial. Eles devem receber dados e fazer comunicação com outros equipamentos industriais. As Smart Cameras da National Instruments são projetadas para ser fortemente integradas com NI PACs e IHMs. Isso simplifica o processo de adição de máquinas de visão em uma aplicação construída em uma plataforma PAC da National Instruments porque um único projeto do LabVIEW pode conter VIs de inspeção da sua câmera em todo o seu código de controle de movimento, aquisição de dados, e interface com o operador.  Você pode completar toda comunicação com variáveis compartilhadas, simplificando toda a tarefa de transferência de dados entre diferentes componentes do seu sistema.

Para aumentar ainda mais a utilização das Smart Cameras, a National Instruments oferece várias opções de acessórios para visão de máquina que podem ser agregados ao seu sistema ao invés de criar partes customizadas.            Lentes, luzes, braçadeiras, cabos, e muito mais podem ser adquiridos diretamente da National Instruments. Isso ajuda a integrar todos os componentes que você precisa para sua aplicação de visão de máquina.

Solução Integrada

As Smart Cameras da National Instruments fornecem uma solução para uma ampla variedade de aplicações industriais de visão de máquina. Juntando a alta qualidade do sensor de imagem e alto desempenho do processador de 32-bit, as Smart Cameras da National Instruments são poderosas ferramentas para o engenheiro buscando maior mobilidade em soluções completas para visão de máquina. Com a potencialidade das variáveis compartilhadas via Ethernet, nunca foi tão fácil integrar visão de máquinas em seus sistemas.         

 

– Matthew Slaughter

Matthew Slaughter é um engenheiro do produto NI Vision. Ele é bacharel em Engenharia da Computação pela Universidadee A&M do Texas.

 

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Marilia Godoy: Este artigo foi publicado pela primeira vez no quarto trimestre de 2007 no Instrumentation Newsletter.