تحقیق مقاله سیستم های کنترل بینا

فصل اول

آشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی

1 کلیات

تکنولوژی ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی شامل فرآیندهایی است که نیازمند بکارگیری علوم مختلف مهندسی و نرم افزاری کامپیوتر می باشد. این فرآیند را می توان به چند دسته اصلی تقسیم نمود:

1 ایجاد تصویر به شکل دیجیتالی

2 بکارگیری تکنیکهای کامپیوتری جهت پردازش و یا اصلاح داده های تصویری

3 بررسی و استفاده از نتایج پردازیش برای اهدافی چون هدایت ربات یا کنترل نمودن تجهیزات خودکار، کنترل کیفیت یک فرآیند تولیدی، یا فراهم آوردن اطلاعات جهت تجزیه و تحلیل آماری در یک سیستم تولیدی کامپیوتری (MAC).

قبل از آنکه بتوان هر یک از بخشهای خاص این تکنولوژی را بطور تخصصی بررسی نمود. می بایستی آشنایی کلی با هر یک از اجزاء سیستم پیدا کرد و از اثرات هر بخش بر روی بخش دیگر مطلع بود. ماشین بینایی و تصویربرداری دیجیتالی از موضوعاتی است که در آینده نزدیک تلاش و تحقق بسیاری از متخصصان را بخود اختصاص خواهد داد.

در طی سه دهه گذشته تکنولوژی بینایی کامپیوتری بطور پراکنده در صنایع فضایی، نظامی و بطور محدود در صنعت بکار برده شده است. جدید بودن تکنولوژی نبودن سیستم مقرون به صرفه در بازار و نبودن متخصصین این رشته باعث شده است تا این تکنولوژی بطور گسترده استفاده نشود. تا مدتی قبل از دوربین ها و سنسورها استفاده شده معمولاً بصورت سفارشی و مخصوص ساخته می شدند  تا بتوانند برای منظور خاصی مورد استفاده قرار گیرند. همچنین فرآیند ساخت مدارهای مجتمع بسیار بزرگ (VLSI ) آنقدر پیشرفت نکرده بود تا سنسورهای حالت جامد با رزولوشن بالا ساخته شود.

استفاده از سنسورهای ذکر شده مستلزم این بود که نرم افزار ویژه ای برای آن تهیه شود و معمولاً این نرم افزارها نیز نیاز به کامپیوترهایی با توان پردازش بالا داشتند. علاوه بر همه این مطالب مهندسین مجبور بودند که آموزشهای لازم را پس از فراغت از تحصیل فراگیرند. زیرا درس ماشین بینایی در سطح آموزشهای متداول مهندسی ( لیسانس) در دانشگاهها و به شکل کلاسیک ارائه نمی شد.

تکنولوژی ماشین بینایی در دهه آینده تاثیر مهمی بر تمامی کارهای صنعتی خواهد گذاشت که دلیل آن پیشرفتهای تکنولوژی اخیر در زمینه های مرتبط با ماشین بینایی است و این پیشرفتها در حدی است که از این تکنولوژی هم اکنون حیاتی می باشد.

بطور کلی سه شرط ضروری برای فراگیر شدن یک تکنولوژی جدید عبارت است از :

1 وجود سخت افزار اعتماد با قیمت معقول

2 وجود متخصصینی که دانش سخت افزاری و نرم افزاری را در بکارگیری تکنولوژی داشته باشند.

3 وجود نیاز یا بروز مشکلی که نیازمند حل باشد.

امروزه تمامی این شرایط در مورد تکنولوژی ماشین بینایی صادق است. سنسورهای حالت جامد و کامپیوترهای شخصی امروزی به عنوان ابزارهای کارآمد، مطمئن و ارزان برای پردازش تصویر و تصمیم گیری درباره آن موجود می باشد. دانشگاهها ( در امریکا) به تعداد کافی مهندسینی را تربیت می‌کنند که دانش و مهارت کافی در زمینه ماشین بینایی را دارند و بالاخره به دلیل حفظ استانداردها در سطح ملی نیاز به افزایش بهره‌وری و بهبود کیفیت در امریکا وجود دارد. علاوه بر این، بدلیل مسائلی از قبیل نیاز به بررسی دعاوی صنعتی و نیاز به داشتن اطلاعات کامل از محصول در مراحل مختلف بطوریکه دسترسی به آن مقتدر باشد صنایع تولیدی را وادار می کند تا فرآیند جمع آوری و ذخیره اطلاعات مربوط به محصول در مراحل مختلف تولید را خودکار نمایند.

در گذشته بسیاری از فرآیندهای تولید بر اساس بکارگیری نیروی انسانی و بینایی وی طراحی شده اند. در این سیستمها بینایی انسان به عنوان جزء لاینفک تواناییهای فرآیند بوده است. ورود رباتها به کارخانجات و حذف نیروی انسانی، ضرورت اضافه نمودن بینایی مصنوعی به سیستم را ایجاب می نماید. جهت بررسی موضوع نیاز به بکارگیری ماشین بینایی بجای بینایی انسان لازم است تا مطالعه دقیق تری صورت گیرد و تواناییهای این دو با هم مقایسه گردند.

11 بینایی و اتوماسیون کارخانه

وظایف اساسی که می تواند توسط سیستمهای ماشین بینایی انجام گیرد شامل سه دسته اصلی است:

1 کنترل

2 بازرسی

3 ورود داده

کنترل در ساده ترین شکل آن مرتبط با تعیین موقعیت و  ایجاد دستورات مناسب می باشد تا یک مکانیزم را تحریک نموده و یا عمل خاصی صورت گیرد. هدایت نقاله های هدایت شونده خودکار(AGV’s ) در عملیات انتقال مواد در یک کارخانه، هدایت مشعل جوشکاری در امتداد یک  شیار یا لبه، یا انتخاب یک سطح بخصوص برای انجام عملیات رنگ پاشی، توسط ربات، مثالهایی از بکارگیری ماشین بینایی در کنترل می باشند.

کاربردهای ماشین بینایی در بازرسی مرتبط با تعیین برخی پارامترها می‌باشد.

ابعاد مکانیکی و هم چنین شل آن، کیفیت سطوح، تعداد سوراخها در یک قطعه، وجود و یا عدم وجود یک ویژگی یا یک قطعه در محل خاص از جمله پارامترهایی هستند که توسط ماشین بینایی ممکن است بازرسی شوند. عمل اندازه گیری توسط ماشین بینایی کم  و بیش مشابه بکارگیری روشهای سنتی استفاده از قیدها و سنجه های مخصوص و مقایسه ابعاد می باشد. سایر عملیات بازرسی بجز موارد اندازه گیری شامل مواردی چون کنترل وجود بر چسب بر روی محصول ( داروئی، غذایی، . . . ) بررسی رنگ قطعه، وجود مواد خارجی در محصولات غذایی نیز با تکنیکهای خاص انجام می گیرد:

کار بازرسی ممکن است حتی شامل مشخص نمودن خواص یا ویژگیهای الکتریکی یک محصول گردد. با مشاهده خروجی اندازه گیری های الکتریکی می‌توان صحت عملکرد محصولات الکتریکی را بازرسی نمود. هر چند که در چنین مواردی چنانچه سیستم بینایی کار دیگری بجز مورد ذکر شده انجام ندهد. معمولاً روش ساده تر و مقرون به صرفه تر بدین صورت خواهد بود که کار بازرسی فوق توسط یک ریز پردازنده و ابزارهای مربوطه انجام گیرد.

اطلاعات مربوط به کیفیت محصول و یا مواد و همچنین تعقیب فرآیند تولید را می توان توسط ماشین بینایی گرفته و در بانک اطلاعاتی سیستم تولید کامپیوتری جامع بطور خودکار وارد نمود. این روش ورود اطلاعات بسیار دقیق و قابل اعتماد است که دلیل آن حذف نیروی انسانی از چرخه مزبور می باشد. علاوه بر این، ورود اطلاعات بسیار مقرون به صرفه خواهد بود چرا که اطلاعات بلافاصله پس از بازرسی و به عنوان بخشی، از ان جمع آوری و منتقل است منحصر به یک سیستم پیچیدگی سیستمهای بینایی متفاوت می باشد. این سیستمها ممکن است منحصر به یک سیستم بارکدینگ  معمولی که برای مشخص نمودن نوع محصول جهت کنترل موجودی بکار می رود. تشکیل شده باشد یا ممکن است متشکل از یک سیستم بینایی صنعتی کامل برای اهدافی چون کنترل کیفیت محصول باشد.