マシンビジョンとは?

マシンビジョン：マシンビジョンとは?

マシンビジョン(MV)は、産業用アプリケーションやプロセスにおいてコンピュータビジョンを使用し、ビジョンシステムによって行われる画像処理と画像分析に基づいて特定のアクションまたは結果を実行する必要がある場合に用いられます。マシンビジョンは、ハードウェアとソフトウェアの両方を活用して操作をガイドし、システムによってキャプチャされた画像に依存します。マシンビジョンシステムは、画像キャプチャから対象物の特徴的な特性を処理、分析、測定することができます。デジタル画像からの情報は、その後システムによって意思決定に使用されます。本質的に、マシンビジョンはシステムに環境を認識し、客観的な測定と意思決定を実行する能力を与えます。そのため、この技術は産業タスクを確実かつ一貫して実行するために企業から有用で非常に求められています。

マシンビジョンは何に使用できますか?

マシンビジョンは、製造業から医療まで、多くの業界で使用できます。マシンビジョンは数十年前から存在する技術ですが、幅広いアプリケーションで使用できるようになったのは比較的最近のことです。マシンビジョンにより、産業機器は特徴や欠陥を見て検出することができ、デバイスに操作ガイダンスを提供します。マシンビジョンシステムは、取得した画像を使用して、見たものに基づいて迅速な意思決定を行うことができます。多くの企業は、目視検査、プロセス制御、材料検査などにマシンビジョンを活用しています。

今日、マシンビジョンシステムは、特に何らかの視覚的フィードバックを必要とする産業用アプリケーションにおいて、検査システムとビジョンプロセスの不可欠な部分を担っています。マシンビジョンシステムは、物体の欠陥検出、物体の識別、物体の追跡、製品の仕分け、パターンと色の認識、合否判定などに使用できます。

機械学習、ディープラーニング、より堅牢なソフトウェアなどの技術の継続的な進歩により、マシンビジョンの未来は多くの可能性と、以前は不可能だったアプリケーションの増加に満ちています。

詳細については、 マシンビジョン VS コンピュータビジョンをお読みください。

マシンビジョンはどのように機能しますか?

1. マシンビジョンは、ハードウェア、ソフトウェア、電子部品の組み合わせを使用して機能します

マシンビジョンシステムは、カメラなどのハードウェアを使用して見ることに加え、ソフトウェアを使用して画像の分析に基づいてさまざまなアクションをトリガーします。今日では、ビジネスニーズに応じてカスタムマシンビジョンアプリケーションを作成するための高度なマシンビジョンソフトウェアや、マシンビジョンシステムの監視と管理を支援するソフトウェア技術が利用可能です。

2. マシンビジョン技術はデジタル画像から抽出された情報を使用して意思決定を行う

マシンビジョンシステムを、産業機器に見る能力、見たものを分析する能力、そしてその分析に基づいて行動する能力を与える方法として考えてください。物体を適切に見て検出するために、マシンビジョンシステムには良好な照明が必要になることがよくあります。これには、マシンビジョンシステムのカメラに対して戦略的な方法で光源を配置することが含まれます。画像が処理されると、設定された基準に応じて特定の方法で動作するようにシステムをプログラムできます。マシンビジョンが欠陥を検出した場合、その特定のアイテムを製造ラインから除外するようにシステムをプログラムできます。

3. マシンビジョンの継続的なイノベーションがより大きな柔軟性とより大きな自動化の可能性を提供

今日、マシンビジョンは品質管理や自動検査を含む多くのアプリケーションで広く受け入れられています。これは、技術の進歩によってマシンビジョンを使用して解決されるアプリケーションが増加したためです。これには、プロセス制御や光学選別が含まれ、光学選別にはバルク材料から望ましくないものを除去することが含まれます。その他のアプリケーションには、ロボットアームによって拾い上げられるアイテムの位置決めと方向付けを含むロボットの動きが含まれます。

マシンビジョンシステムの精度はどのくらいですか?

マシンビジョンシステムの精度は、カメラの解像度、視野、およびシステムが検査または監視している物体のサイズに依存します。システムが切手のサイズのものを見ているのか、大型の機器(またはサッカー場のようなさらに大きなもの)を見ているのかを考慮する必要があり、これらすべてがマシンビジョンシステムの精度に影響を与える可能性があります。

たとえば、大きなサッカー場でシステムを使用している場合、精度は切手のような小さな視野内の物体を見ている場合よりも低くなります。

追加の考慮事項は、カメラの解像度、つまりその画像を解像できるピクセルがいくつあるかということです。カメラはピクセル自体内のコントラストの変化を探しており、隣接するピクセルが明るさレベルを変更したり、強度が変化したりすると、これがしきい値になり、補間ソフトウェアを使用して識別の精度を高めることができます。

マシンビジョンと人間の視覚の違いは何ですか?

人間の視覚には、目と脳の協調が必要です。マシンビジョンは、カメラとソフトウェアを使用して、画像キャプチャを使用してサイズ、色、またはパターンによってアイテムを見て、識別し、区別し、分類します。人間の視覚は、複雑で構造化されていないものの定性的な解釈や、画像と感情を関連付けることに優れています。対照的に、マシンビジョンは構造化された環境の定量的測定に優れています。これは、マシンビジョンシステムの速度、精度、再現性によるもので、平均的な人間の視覚ではこれに追いつけない可能性があります。

マシンビジョンシステムはどのくらい速く物体や欠陥を検出できるか?

マシンビジョンシステムが物体、特徴、または欠陥を検出できる速度は、キャプチャと処理の両面で密接に関連する3つの中核的な要素に依存します:

1. カメラのフレームレート

2. 処理能力

3. 作業の複雑さ

カメラのフレームレートとは、1秒間にキャプチャできるフレーム数を指します。画像がキャプチャされると、インテリジェンスが画像の分析を開始し、ここでシステムのコンピュータビジョンが機能します。

処理能力も重要な役割を果たし、これはシステムの複雑さとその使用方法に依存します。例えば、マシンビジョンを使用して物体を測定していますか? 欠陥をチェックする際に、キャプチャした画像をデータベース内の他の複数の画像と比較する必要がありますか?

今日、スマートカメラは非常に高度化しており、IT(情報技術)アーキテクチャはキャプチャ、前処理、処理のすべてがよりインテリジェントになり、より精巧になっています。

マシンビジョンシステムは物体を検出する際、どのくらい近くまたは遠くを見ることができるか?

マシンビジョンシステムが見ることができる距離は、光学系、照明、解像度、カメラシステムの絞りの組み合わせに依存し、これらはすべて必要なセットアップのタイプに応じて交換可能です。

被写界深度とフォーカスは、カメラが物体を撮像する効果に影響します。例えば、大きな被写界深度では、何がフォーカスされ、何がフォーカスされていないか(フォーカスされているすべてが被写界深度です)。例えば、大きな被写界深度を得るには、十分な照明と低い絞り(可能な限り小さく)が必要であり、ほとんどのアプリケーションでは、これにより大きな被写界深度が得られます。したがって、照明と光源は多くのアプリケーションで非常に重要です。これは光学系の解像力と品質とも大きく関係しています。

マシンビジョンにはどのような種類があるか?

マシンビジョンには2つのタイプがあります:最初のタイプはスマートカメラで、これは1つの自己完結型ハードウェア内の1つの「ボディ」にハードウェアとソフトウェアを組み合わせたものです。スマートカメラは市場でより普及していますが、処理ハードウェアが固定されているため、容量に制限があります。

もう1つのタイプのマシンビジョンは、コントローラ、PCまたは産業用PC、または企業が作成した専用プラットフォームに接続された「ダム」カメラを使用するビジョンシステムです。これらのタイプのマシンビジョンシステムはより柔軟性があります。これらは特定の機能、ハイエンドアプリケーション、スマートカメラの能力を超えるより困難なタスクに対してより調整されています。

マシンビジョンは自動検査においてどのように役立つか?

1. マシンビジョンは世界にリリースされる製品の品質を向上させ、コスト削減に役立つ

検査に利用される機械ビジョンシステムは、特に製造において、製品の特徴の識別や物体の欠陥、機能的な不具合、物理的な異常の検出に役立ちます。例えば、機械ビジョンシステムはボトルや容器を検査し、欠陥の有無を検出するために使用できます。これにより、製造施設や工場の外に出荷される製品全体の品質向上に役立ちます。

2. 機械ビジョン技術は業務の最適化と人的エラーの削減に貢献

人間の目は、時間の経過とともに単調な検査作業を行うと疲労します。これによりエラーの増加につながる可能性があります。一方、機械ビジョンにはこの問題がありません。自動化された機械ビジョンシステムは、同じタスクを必要とする検査の実行において、より正確で信頼性が高く、疲れ知らずである傾向があります。この人的エラーの減少と特定タスクの速度向上は、金銭と時間の両面でコスト削減に役立ちます。

機械ビジョンの一般的な用途とは?

品質検査と管理が一般的に最大の用途です。機械ビジョンシステムは、手動検査を行っている人間のオペレーターに代わることもできます。機械ビジョンシステムのその他の主な用途と機能は以下の通りです:

1. オーバーヘッド・ハンズフリー・スキャン

固定スキャナーは、オペレーターが手動で製品をスキャナーに提示している間に、製品上の1D/2Dコードを読み取ることができます。

2. インライン・スキャンによる動体追跡

固定スキャナーは、製品や小包がコンベアベルト上を移動している間に1D/2Dコードを読み取ることができます。

3. ラベルの有無と品質の確認

固定スキャナーは、ラベル印刷直後に1D/2Dコードを読み取ることができます。

4. ラベルの有無と配置の確認

機械ビジョンシステムは以下をチェックできます:

• 正しい事前印刷ラベル(印刷用品)
• ラベルの正しい位置
• 配送業者ロゴに基づく仕分け
  
  

5. ラベルの完全性(物体検出)

システムは、印刷の有無(印刷品質)をチェックする品質チェックを実行できます。機能面では、トレーニング済みのモデル(形状またはロゴ)がサーチ領域内に配置されている必要があり、モデルがサーチ領域内に存在する場合に検査が合格となります。これらのツールは、明るさを測定したり、ピクセルカウントを実行したりすることもでき、一連の制限値を使用して検査基準を設定します。これらの制限値を超える製品は不合格となります。

6. 組立検証(有無検出)

ビジョンカメラは、手動および自動組立において、組立品のすべてのコンポーネントが存在するかを視覚的にチェックします。これにより、高速かつ高スループットを通じて、品質の向上とともに生産性と効率の向上に貢献します。

マシンビジョンのメリットとは?

マシンビジョンシステムのメリットには以下が含まれます:

• プロセスからの人間の介入と検査の削減
• 速度 – 平均して、カメラは人間よりもはるかに速く部品を検査できます
• 検査の一貫性 – マシンビジョンは人間による検査と比較してより高い一貫性を提供します
• 人間と比較して高レベルの検査を維持する能力(人間はプロセスの一部であっても、短期間しか実行できない場合があります)
• プロセスの自動化 – 人間と機械の間の相互作用の削減
• これに加えて、画像からデータを取得することで理解を深めることができます。たとえば、2インチの長さの部品を製造していて、生産が2.25インチと1.75インチの間で変動する場合、システムは生成され利用可能なデータを通じて何が起こっているかを学習し理解できます。これは、その特定の部品を製造するプロセスで何が起こっているかを完全に理解するための鍵となります。これにより、製品に関する自動化されたデータポイントと数百万のデータポイントが提供されます。
• 検査の改善、コストの削減、品質の向上、製造における人的要素の排除
• マシンビジョンソリューションは、顧客の業務により高い柔軟性を提供します
• マシンビジョンカメラは、1Dおよび2Dコードの両方を読み取り、品質検証、部品の有無、向きの確認、製品欠陥検出、色検査、その他の視覚検査プロセスを実行できます
• マシンビジョンシステムは、テキスト(OCR)、手書き文字(ICR)、バーコード(OBR)、光学マーク(OMR)を認識できます
• コンピュータビジョンは、ロボットと併用する場合でも、製造プロセスの品質管理システムで使用する場合でも、画像または動画を処理し、適切なアクションを開始できます
• これらの機能により、コンピュータビジョンシステムは、バーコード読み取りをはるかに超える幅広いタスクを実行できます
• マシンビジョンは、標準的な段ボール箱、カートン、またはその他の容器に何が入っているかを認識できるため、パッケージに識別可能な特性がある用途に適しています
• サイズやスタイルを判別できるため、多くの小売用途で効果的です