【入門】ロボットシステム用のマシンビジョンの選定

ロボットシステムの画像設計
この記事は約6分で読めます。

こんにちは!そら豆です!

ロボットシステムのビジョンセンサを選定したのでその時のポイントをまとめました!

この記事を読むことで以下のことがわかります。

ビジョンセンサってなに?

ビジョンセンサってどうやって選べばいいの?

ビジョンセンサを選ぶポイントは以下になります。

  • 目的は何か
  • カメラを固定するかロボットにつけるか
  • 撮像範囲はどれだけか
  • 高さに制限はないか
  • カメラによる誤差はどれぐらい許容できるか
  • ロボットとの同期(キャリブレーション)が容易か
  • 設置や設定は誰が行うか

メーカーとも相談しながら使用目的に適したカメラを選定していきましょう!

ビジョンセンサとは

ビジョンセンサとは写真を撮って、撮った写真を画像処理をしてロボットやPLCに情報を渡す装置です。画像処理ってところがきもです!

見た目的にはビデオカメラみたいな感じです。個人的にはビジョンカメラと呼びたいですね。

カメラ(レンズ)自体の性能はどこも似たり寄ったりだと思います。大切なのは画像処理を行うコントローラです。

ビジョンセンサを使うことで例えばこんなことがわかります。

  • 物があるかないかの判定
  • 物の形や色の判断
  • 物の数のカウント
  • 文字の認識

対象物ややりたいことの内容にもよりますが、ビジョンカメラは高いです。僕の会社で見積もりをしたときはロボットアームの値段を超えてしまうような値段が提示されたこともあります。

ビジョンセンサ選定のポイント

ビジョンセンサと言っても販売しているメーカーは様々ですし、同じメーカーでも複数種類が用意されています。初めてビジョンセンサを選定するときは何がいいのかかなり迷います。

そこで僕が選定したときの経験をもとに、ビジョンセンサを選定するためのポイントをまとめましたのでよかったら参考にどうぞ。

  • 目的は何か
  • 撮像範囲はどれだけか
  • 高さに制限はないか
  • カメラを固定するかロボットにつけるか
  • カメラによる誤差はどれぐらい許容できるか
  • ロボットとの同期(キャリブレーション)が容易か
  • 設置や設定は誰が行うか

では1つずつ見ていきましょう!

目的は何か

最も大切なことはビジョンセンサを使う目的を明確にしておくことです。

ビジョンセンサを調べているといろいろできることがわかります。あれもしてみたいこれもしてみたいと構想が膨らんでいくうちに当初の目的を忘れがちです。

よくよく考えれば高価なビジョンセンサを使わなくても安価な治具で実現できたというようなこともあります。

対象物の有無の判定がしたいのか、寸法測定がしたいのか、文字認識がしたいのかしっかり明確にしておきましょう。

目的が明確だと商社やメーカーとの打ち合わせもスムーズに進みます。

撮像範囲はどれだけか

したいことが明確であればどの範囲を撮影したいのか検討しましょう。

コンベアの幅いっぱいをみたいのか、ラベルの一部をみたいのか、プリント基板のはんだ付け部分が見たいのかによって選ぶカメラのレンズや画素数が変わります。

レンズはあまり値段に差はありませんが、画素数が多くなるとそれにつれて値段も上がっていきます。

撮像範囲は広いに越したことはありませんが最低限どの範囲まで必要なのかは明確にしておきましょう。

空間に制限はないか

基本的にビジョンセンサは撮像したい対象物の真上や真横に取り付けます。

ビジョンセンサから対象物までの距離を「ワークディスタンス」とか言ったりしますが適切なワークディスタンスが取れなければビジョンセンサの選択肢がかなり狭くなります。

ロボットに取り付けるような場合、ロボットのアーム長が制限になります。

後付けでビジョンセンサをつけることは避けたいものですね。

ビジョンセンサを固定するかロボットにつけるか

上記で記載した「撮像範囲」「ワークディスタンス」に関わるのですが、ビジョンセンサの設置場所をどこにするかは重要です。

ロボットアームに取り付けると移動させることが可能になります。移動させることでビジョンセンサ自体の撮像範囲が狭くても分割して撮影することで広い範囲を撮像できます。

ビジョンセンサの多くはオートフォーカスではありません。1つのカメラで近いものを撮像したり遠くのものを撮像するにはそれぞれピントを合わせる必要があります。

ビジョンセンサを固定設置した場合は撮像が安定しますし、処理も単純になり楽です。

ビジョンセンサによる誤差はどれぐらい許容できるか

ビジョンセンサにもわずかですが誤差はあります。誤差を許容できない場合、撮像範囲を狭くしたり解像度をあげる必要があります。

許容誤差は何をしたいかによっても大きく変わります。

寸法検査の自動化で小数点以下の寸法まで確実に読みたいような場合は寸法誤差まで確認しましょう。許容誤差をメーカーに伝えれば逆算してカメラを選定してくれます。

ビジョンセンサをロボットアームに取り付ける場合、ロボットの誤差も考慮してビジョンセンサによる許容誤差を出しましょう。

設置や設定は誰が行うか

ビジョンセンサはカメラ部分と画像処理コントローラーが一体になったものやそれぞれ分離したものなど様々な物があります。

またビジョンセンサだけでは何もできないので出力先のロボットやPLCと接続する必要があります。イーサネットやCC-Linkなどの設定は慣れていないとなかなか難しいものです。ロボットからビジョンセンサを動かすプログラムもメーカーごとに癖があるので要注意です。

外部のシステムインテグレータに依頼するのであればお任せできますが、自社内で全てするのであれば設定の容易さやメーカーのサポートは選定ポイントの1つになります。

システムインテグレータの利用にも良し悪しがあるので慎重に考えましょう。

ロボットとの同期(キャリブレーション)が容易か

ロボットと連動させる場合、ビジョンセンサがロボットと連動可能か確認する必要があります。中にはビジョンセンサがロボットに対応していないものもあるので注意です。

特にビジョンセンサから位置情報を取得してロボットアームを動かしたい場合、位置情報を同期させるキャリブレーションの容易さは重要になります。

基本的にメジャーなメーカーのものには大体対応しています。

まとめ

ビジョンセンサの選定の際は以下のポイントを参考にどうぞ!

  • 目的は何か
  • 撮像範囲はどれだけか
  • 高さに制限はないか
  • カメラを固定するかロボットにつけるか
  • カメラによる誤差はどれぐらい許容できるか
  • ロボットとの同期(キャリブレーション)が容易か
  • 設置や設定は誰が行うか

また今回はビジョンセンサの選定を記事にしましたが、撮像には照明も欠かせません。カメラよりも照明が大事とも言われていたりします。

自社設備に合わせてメーカーやシステムインテグレーターとしっかり相談しましょう!

今後照明等の選定についても記事にしていく予定です!乞うご期待!笑

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