Smart Camera – “Đôi mắt vàng” trong môi trường sản xuất 

06/01/2023
Mục lục

Nội dung bài viết

Trong cuộc Cách Mạng Công Nghiệp 4.0, bên cạnh những thành tựu nổi bật như Trí tuệ nhân tạo (AI), dữ liệu lớn (Big data), Internet kết nối vạn vật (IoT), điện toán đám mây,… thì Smart Camera (camera thông minh) hiện nay đang là xu thế được triển khai rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới và được ứng dụng ở đa lĩnh vực, trong đó nổi bật là lĩnh vực sản xuất. 

Smart Camera trong sản xuất

Trong bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ cung cấp cho bạn đọc những kiến thức cơ bản về Smart Camera, đồng thời là những ứng dụng của Smart Camera trong lĩnh vực sản xuất.

Smart Camera và những điều cần biết

Smart camera là sự kết hợp hài hòa giữa công nghệ phần cứng và công nghệ phần mềm hiện đại. Điều này làm cho Smart Camera có khả năng hoạt động tốt hơn, rẻ hơn và dễ sử dụng hơn.

Những lợi ích của Smart Camera đã khiến chúng trở thành một trong những công cụ hỗ trợ lý tưởng cho môi trường sản xuất. Kết hợp camera, bộ xử lý, phần mềm và thông tin liên lạc, Smart camera là công cụ kiểm tra quang học tích hợp cao, có chức năng kiểm soát chất lượng và gia tăng năng suất. Đây được coi là các nhiệm vụ bắt buộc trong sản xuất. 

Trước đó, Smart Camera đã được phát triển vào những năm 1990 nhưng chỉ được sử dụng phổ biến trong thập kỷ qua nhờ những cải tiến từ thiết bị điện tử tiêu dùng và sự phát triển của phần mềm dễ sử dụng.

Có hai cấp độ camera thông minh, dựa trên khả năng và giá cả:

  • Cảm biến hình ảnh: Đây là một máy ảnh thông minh chuyên dụng được cung cấp chức năng chỉ trong một lượt xem (single view). Ví dụ: Trong ứng dụng sản xuất chai lọ, cảm biến hình ảnh giúp đọc mã vạch trên chai, đọc ngày và mã lô, tìm vị trí của nhãn hoặc kiểm tra xem nắp chai đã được đóng chưa bằng cách đo vị trí thẳng đứng của nó. Chế độ xem Single view có nghĩa là chỉ một hình ảnh được sử dụng cho mỗi chu kỳ kiểm tra. Ngoài các yếu tố của máy ảnh thông minh, cảm biến hình ảnh còn cung cấp các tùy chọn về ống kính và ánh sáng tích hợp. Trong thị giác máy (machine vision), ánh sáng là một phần quan trọng của hệ thống. Việc tích hợp các yếu tố này và cung cấp một chức năng duy nhất trong một chế độ xem Single view giúp giảm chi phí hệ thống và đơn giản hóa việc thiết lập.
  • Hệ thống quan sát camera thông minh (SCVS): bao gồm một chế độ xem gồm nhiều chức năng khác nhau. Cụ thể, trong ví dụ đóng chai, một SCVS duy nhất có thể kiểm tra sự hiện diện và vị trí của nhãn, đọc mã vạch và xác minh ngày và mã lô. Nếu một mục, chẳng hạn như mã vạch, không nằm trong trường nhìn của SCVS, SCVS thứ hai có thể được sử dụng để đọc mã vạch.

Tuy nhiên, đối với các tác vụ đòi hỏi sự khắt khe, chẳng hạn như kiểm tra in tốc độ cao hoặc các chức năng yêu cầu tích hợp nhiều chế độ xem, nên sử dụng hệ thống thị giác tiêu chuẩn thay vì máy ảnh thông minh Smart Camera. Bởi một hệ thống thị giác sẽ cung cấp một bộ xử lý lớn hơn, hiệu suất cao hơn và được kết nối với một hoặc nhiều camera thị giác máy tiêu chuẩn. Nó có thể xử lý nhiều chế độ xem (hình ảnh camera) với nhiều chức năng cho từng chế độ xem khác nhau. Ví dụ: với bốn camera trong một hệ thống quan sát, bạn có thể kết hợp bốn chế độ xem của một cái chai để kiểm tra “miệng” của chai xem có bị hư hại không.

Ứng dụng Smart Camera trong kiểm tra đóng chai

Trên dây chuyền đóng chai, các chai được dán nhãn, đổ đầy và đóng nắp với tốc độ vượt xa tầm nhìn của con người. Theo thứ tự gần đúng về độ khó, đây là một số tác vụ của thị giác máy (machine vision), các tác vụ cơ bản hơn có thể được xử lý bằng máy ảnh thông minh (smart camera), nhưng các tác vụ phức tạp hơn sẽ yêu cầu hệ thống thị giác truyền thống.

  • Kiểm tra sản phẩm bằng cách đọc mã vạch
  • Kiểm tra sự hiện diện và chất lượng của nhãn
  • Xác minh ngày và mã lô
  • Kiểm tra đóng cửa thích hợp
  • Kiểm tra in ấn hoặc niêm phong trên mỗi lần đóng cửa
  • Kiểm tra “miệng” chai xem có bị hư hỏng không
  • Tìm vật lạ trong chai

Phần mềm đóng vai trò như thế nào

Mặc dù Smart Camera và điện thoại thông minh có thể có phần cứng tương tự nhau, nhưng phần mềm sẽ giúp định hình sản phẩm. 

Trong khi các hệ thống thị giác máy ở những đời đầu thường được cung cấp một chương trình thư viện con và yêu cầu chuyên môn cao cả về thuật toán lập trình và thị giác máy.

Phần mềm thị giác máy hiện đại sử dụng ba kỹ thuật, điều này cho phép các ứng dụng thị giác máy phát triển một cách dễ dàng. Đầu tiên, giao diện người dùng đồ họa (graphical user interface – GUI) có khả năng trình bày một cách trực quan các thành phần và thuật toán trong hệ thống thị giác máy theo cách dễ sử dụng và dễ nhớ nhất. Với GUI, bạn có được những gì bạn thấy và không cần phải nhớ các lệnh hoặc lệnh gọi hàm tối nghĩa.

Thứ hai, các thuật toán riêng lẻ đã được tập hợp thành các công cụ kết hợp kiến ​​thức chuyên môn. Một ví dụ phổ biến là công cụ quét mã vạch đã được kết hợp kiến ​​thức về hình dạng mã, loại mã, cách xử lý làm sao để đọc mã. Bạn chỉ cần vẽ một hình chữ nhật trong hình ảnh bao quanh mã vạch, chỉ định loại mã vạch và số lượng mã vạch cần tìm. Việc xử lý và đọc được thực hiện bởi công cụ, bạn không cần phải có thêm kiến ​​thức.

Thứ ba, đối với các chuỗi nhiệm vụ, chương trình đồ họa được cung cấp. Trong lập trình đồ họa, bạn sử dụng GUI để chèn các chức năng và thao tác điều khiển vào một chương trình – một trình tự xử lý. Trong ví dụ kiểm tra chai của chúng tôi, trước tiên, hệ thống quan sát camera thông minh (SCVS) có thể đọc mã vạch để xác định sản phẩm nào có mặt. Sau đó, nó có thể đo các vị trí để kiểm tra xem nắp đã được đặt vào chưa và nhãn đã ở đúng vị trí hay chưa. Lập trình đồ họa mang lại sự dễ dàng, linh hoạt tuyệt vời trong việc giải quyết các nhiệm vụ thị giác khi được kết hợp với GUI và các công cụ.

Smart Camera đóng vai trò như thế nào trong IoT, Deep Learning, Big Data và Cloud 

Có những mối liên hệ thú vị và quan trọng giữa máy ảnh thông minh và xu hướng công nghệ hiện tại. Smart Camera là những thiết bị có khả năng kết nối IoT  vì chúng có thể “giao tiếp” với các hệ thống kiểm soát sản xuất thông qua hình thức internet. Như vậy, một camera thông minh có thể được phát hiện và xác định cấu hình giúp hỗ trợ sản xuất “theo yêu cầu”. Tuy nhiên, việc kết nối hệ thống thị giác máy của doanh nghiệp với internet trong một phạm vi rộng hơn thường là không cần thiết và là một rủi ro bảo mật.

Đề cập sâu hơn đến một mạng nhân tạo, gồm nhiều “lớp”, trong đó tất cả các lớp đều “có thể dạy được”. Sẽ thật tuyệt nếu một hệ thống thị giác có thể được dạy để nhận biết các bộ phận tốt và xấu từ các hình ảnh cụ thể. Đây được coi là một ứng dụng đầy thách thức vì định nghĩa “tốt” và xấu có thể khác nhau ở từng hoàn cảnh cụ thể. 

Dữ liệu lớn (Big Data)là một tập hợp lớn các hình ảnh đã được đào tạo. Đây là điều cần thiết nhằm đào tạo ra các mạng lưới học sâu vì mạng lưới này phải “học” không chỉ các tính năng quan trọng để trích xuất từ ​​hình ảnh mà còn học  cách phân loại tốt và xấu dựa trên những phần tử đó.

Smart Camera

Tuy nhiên, có những thách thức với cách tiếp cận này đối với thị giác máy. Đầu tiên, việc thu thập một tập hợp lớn dữ liệu đào tạo thường khó thực hiện, đặc biệt nếu lỗi sản phẩm xảy ra là trường hợp hiếm gặp. Thứ hai, đào tạo mạng lưới này có rất nhiều sức mạnh tính toán, có lẽ từ quá trình xử lý phân tán trên đám mây và điều đó là không thực tế trên máy ảnh thông minh. Tuy nhiên, một khi mạng lưới này được đào tạo, nó có thể được truyền và chạy trên một camera thông minh. Chẳng hạn, các tác vụ mang tính chất thị giác như nhận dạng khuôn mặt, hiện đang chạy trên điện thoại thông minh sử dụng phần cứng tương tự như máy ảnh thông minh.

Có thể nói, sự kết hợp giữa việc cải thiện đáng kể phần cứng, được thúc đẩy bởi nhu cầu của người tiêu dùng và công nghệ phần mềm hiện đại đã làm cho Smart camera có khả năng hoạt động một cách dễ dàng hơn và đỡ tốn kém hơn. Trong tương lai, máy ảnh thông minh và hệ thống quan sát được kỳ vọng sẽ trở nên thông minh hơn và dễ sử dụng hơn, trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực trong kỷ nguyên chuyển đổi số.

Bạn muốn chuyên gia tư vấn nhanh?
Bạn đang tìm hiểu về các giải pháp chuyển đổi số và muốn chuyên gia tư vấn trực tiếp tức thì? Đừng ngại ngần kết nối với chúng tôi để được hỗ trợ giải pháp nhanh chóng