Сохранённая копия: Камера машинного зрения в промышленном исполнении. Воплощение замысла

Камера машинного зрения в промышленном исполнении. Воплощение замысла

Максим Сорока, Витэк 13/05/21

Распространение той или иной технологии влечет за собой ее адаптацию к различным сферам применения. Камеры машинного зрения, зачастую работающие не в "тепличных" условиях эксплуатации, должны быть к этому готовы. Как создаются камеры машинного зрения для промышленных применений? Об этом настоящая статья.

Машинное зрение сегодня востребовано в самых разных отраслях: в обрабатывающей промышленности, на сборочном производстве, в сельском хозяйстве, в интеллектуальных системах управления транспортом и обеспечения безопасности. Во многих случаях системы работают в труднодоступных местах и в суровых условиях эксплуатации, что предъявляет повышенные требования к конструкции и качеству изготовления каждого экземпляра. Вот лишь неполный перечень условий, при которых камеры должны сохранять полную работоспособность и бесперебойно обеспечивать высокое качество изображений:

широкий диапазон температуры окружающей среды;

пыль и влажность;

находящиеся в движении и создающие вибрации машины и механизмы;

разнообразные источники электромагнитного излучения.

Мало назвать камеру промышленной, нужно подтвердить это результатами тестов и испытаний. Для обеспечения надежного решения испытания начинаются на самых ранних этапах жизненного цикла изделия – при проектировании и конструировании и заканчиваются тщательным контролем качества каждого экземпляра на финальных этапах производства. Большинство применяемых у нас в стране стандартов повторяют или имеют в основе своей стандарты Международной электротехнической комиссии (МЭК, англ. – International Electrotechnical Commission, 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 компонентов на этапе проектирования. Итеративная процедура совершенствования конструкции представляет 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 Accelerated Life Tests), о ней речь пойдет ниже, и HASS (Highly Accelerated Stress Screens) в процессе производства, о которой мы поговорим во второй части нашей статьи. Согласно HALT прототипы будущей камеры подвергаются воздействиям (экстремально высокие и низкие температуры, вибрации, удары), существенно превышающим предполагаемые условия эксплуатации. Целью является не прохождение того или иного испытания, а выявление узких мест и совершенствование конструкции. То есть прототипы 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 перемещение работающих прототипов из холодного в горячий отсеки климатической камеры с большой разницей температур. Помимо экстремальных стресс-тестов этап проектирования включает также серию стандартных проверок на вибро- и ударопрочность для случайных и гармонических воздействий, на электромагнитную совместимость и устойчивость к электростатическим разрядам.

Рис. 1. Камеры приготовлены для вибрационных тестов

Испытания на механические нагрузки

Камера машинного зрения часто работает в составе сложной промышленной установки или линии, содержащей много движущихся частей. Основание, на котором установлены камеры, может быть подвержено резким сменам направления и внезапным ударам. Станки, механизмы, моторы и другие движущиеся части всегда будут источником вибраций, несмотря на усилия инженеров максимально снизить их уровень (рис. 1 – вибрационное тестирование камер). Телам вращения свойственны гармонические возбуждения. Для определения устойчивости к гармоническим колебаниям проводятся серии испытаний гармоническим (синусоидальным) сигналом переменной частоты. Тесты помогают выявить недостатки конструкции, связанные с резонансом. Резонансные явления вызывают разрушение и возникают при совпадении частоты внешнего воздействия с собственной резонансной частотой изделия. Причиной резонанса может быть, например, безобидный на вид высокий компонент, плохо закрепленный на печатной плате. В ходе испытаний 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 креплению камеры и объектива. В табл. 1 приведены международные стандарты, в соответствии с которыми проводятся такие испытания.

Таблица 1. Международные стандарты

Камеры машинного зрения, способные выдерживать механические нагрузки, – предпочтительный выбор во многих задачах, в том числе и за рамками промышленного производства, например для установки на автомобилях, сельскохозяйственной технике, автомобильных и железнодорожных мостах и дорожных конструкциях.

Испытания на электромагнитную совместимость (ЭМС)

Электродвигатели, системы питания и регуляторы на современном предприятии генерируют электромагнитное излучение гораздо более высокого уровня, чем бытовая или офисная техника. Для того чтобы убедиться в бесперебойной работе устройства в промышленных условиях, на камеру воздействуют электромагнитными шумами, бросками напряжения питания и другими способами. В табл. 2 представлена программа испытаний промышленных камер машинного зрения на электромагнитную совместимость канадского производителя LUCID Vision Labs, Inc.

Таблица 2. Программа ЭМС-тестов IEC 61000-6-2

Отдельно проверяется невосприимчивость к электростатическим разрядам (рис. 2).

Рис. 2. Испытания электростатическим разрядом

В заданные точки работающей, передающей изображения камеры разряжается специальный генератор электростатического разряда (ЭСР) (зеленые точки – воздушный разряд, красные – контактный). Камера получает порядка 50 разрядов (25 каждой полярности) до ±8 кВ контактным способом и до ±15 кВт – воздушным.

Соответствие стандартам – залог безопасной для других устройств работы камеры

Камеры, как любые электронные устройства, сами являются источником электромагнитного излучения. Для исследования излучения в области электромагнитных полей и помех, которые могут взаимодействовать с другими устройствами, в России применяются международные стандарты, призванные ограничить такие излучения. В частности, в России это ГОСТ IEC 61000-6-3 "Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 6–3". Устройства с плохо продуманной конструкцией излучают сильные электромагнитные помехи и не проходят испытания. Причиной тому могут быть некачественные комплектующие, неправильное их расположение, отсутствие заземления, неэффективность цепей питания и др.

С другой стороны, соответствие камеры стандартам подтверждает правильность инженерных решений, оптимизированные и эффективные подходы к питанию устройства и, как результат, безопасность совместной работы с другими приборами.

Отличная конструкция – необходимое, но недостаточное условие успеха

Описанные выше тесты и испытания помогают разработчикам создать прочную и надежную конструкцию. Это необходимое, но недостаточное условие для того, чтобы ваш конкретный экземпляр камеры обладал способностью противостоять внешним воздействиям. Важно, чтобы в ходе производства камеры были соблюдены все необходимые технологические нормы и правила. Убедиться в этом помогут производственные испытания, тесты и другие меры контроля качества, о которых мы поговорим во второй части статьи.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" №1/2021

Иллюстрации предоставлены автором Иллюстрация к статье сгенерирована нейросетью Kandinsky

Поделитесь вашими идеями

Безопасность объектов (350)

Пожарная безопасность (309)

Комплексная безопасность (296)

Видеонаблюдение (294)

Ноябрь 2025 (17)

Октябрь 2025 (23)

Сентябрь 2025 (24)

Август 2025 (19)

Подписаться на новости

Кибербезопасность предприятия и защита инфраструктуры, информационных систем, данных и приложений от современных угроз

Технологии защиты периметра и комплексная безопасность объектов промышленности, нефтегазового сектора и электроэнергетики

Пожарная безопасность и минимизация ущерба от возгораний жилых зданий и объектов коммерческой недвижимости

онлайн-программу