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マシンビジョンに役立つさまざまな画像処理装置が出展 |
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● 特殊環境で用いられるユニークな画像センサやカメラユニット
展示会の性格上、画像センサや画像処理デバイスの出展が目立った。センサ類で特に目を引いたのは、特殊環境で利用されるもの。たとえばCypress Semiconductor社のCMOSイメージセンサのように、通常のイメージャでは耐え切れない放射線環境下でも使用可能な耐放射性タイプが展示されていた【写真2】。これは10Mrad以上のトータル線量にも耐える構造を持っており、宇宙科学や宇宙船、原子力関連の分野で利用できる。 同様に、ニスコの「Niscam IVシリーズ」も10Mradの耐放射性を備えたCMOSセンサーとレンズを内蔵したCMOSカメラユニットだ【写真3】。リモートフォーカス機構を装備し、モニタを見ながら焦点を合わせられる。また防水構造のため水中での使用も可能だ。プラント管内の検査をする、東芝テリーのカメラシステムもあった【写真4】。ケーブル先端部には高輝度照明を備えたカメラヘッドが付いており、配管にケーブルを押し込みながら検査していく。カメラヘッドは配管径やワーク形状に応じて選択できる。 コンパクトな筐体にVGA解像度の撮像素子を25個ぶん配置したビュープラスの小型カメラシステム「ProFUSION25」もユニークだった【写真5】。PCI Expressダイレクト接続により、毎秒200MB以上で25眼分の非圧縮画像をリアルタイムにPC側に取り込める。さらに同ブースでは、用途は不明だが、このカメラシステムを応用した100眼ものカメラシステムを展示していた。
ソニーのブースでは、200万画素のCMOSを搭載した高精細ビジョンカメラ「FCBシリーズ」によるデモを実施していた【写真6】。この機種は「Auto ICR機能」を備えており、自動的に近赤外領域に対応するため、昼夜を問わず利用できるというメリットがある。 このほか、画像処理エンジンを搭載したインテリジェントカメラ「XCIシリーズ」において、ハイエンドセキュリティ向けの新モデルなども参考品として発表していた【写真7】。新機種はVGAとSVGAの2タイプで、それぞれモノクロとカラーのモデルがある。耐震性に優れたオールインワンのボディに、USB2.0×2、RS-232C、Gigabit Ethernet、デジタル入出力などの各種インターフェイスを備えている。 東芝テリーは、産業用の高精細CMOSモノクロカメラ「CSC12M25BMP19」を展示していた【写真8】。自社で開発した4,096×3,072ピクセルのCMOSイメージセンサを搭載し、1,258万画素のイメージを毎秒25フレームで高速読み出しできるもの。展示では新聞紙を大型ディスプレイに映し出していたが、文字がはっきりときれいに読み取れた。
● 画像処理装置とロボットが結びついたマシンビジョンシステム ここからは各種の画像機器とロボットシステムを利用したマシンビジョン関連のデモを紹介する。たけびしは、ソニー製のカメラと三菱電機エンジニアリング製の卓上3軸ロボット「LR100-3A」、同社の画像処理ユニット「iC2300-Cシリーズ」を組み合わせた製品検査システムのデモを行なっていた【動画1】。画像ユニットの処理部は、高速で信頼性に優れたコグネックス製の「VisionPro」を利用。さらにユニットのシステムOSにはWindows XP Embeddedを採用し、コンパクトフラッシュ(CF)から高速ブートを可能にしている。一方、ロボットは小型で設置スペースを取らないため、セル生産現場での組立て装置や試験検査システムなどに適している。最高速度600mm/sec(PTP制御時)で、最大可搬重量3.5kgでの繰り返し位置精度は±0.01mmだ。 三菱電機のブースも同様のデモを行なっていた。同社のPLC(シーケンサ)、コグネックスの「In-Sight Micro」、回転テーブルなどを組み合わせ、指示されたマークのコインを認識して、それを外側に正確に押し出す【写真9】【動画2】。ビジョンセンサ、モニタ、各種コントローラなどのユニットは、すべてEthernetで結ばれている。C言語に対応しているコントローラを利用しているため、従来からシーケンス制御で使われている「ラダー言語」を利用しなくてもよいというメリットがある。 このコントローラ側から画像をサンプリングしたり、転送するトリガー信号をIn-Sight Microに対して出す。In-Sight Microは、ロボットアームの先などに装着できる小型ビジョンセンサで、カメラ、画像処理機能、工業用通信プロトコルを一体化。また、Ethernetで電源を供給するPoE(Power over Ethernet)にも対応している。
コグネックス関連では、複数のカメラを使用して並行処理することで検査を高速化するシステムが紹介されていた。デモではタイヤの角度・品種・品質、ブレーキレバーの角度、スプリング長、部品間寸法、ギア欠け、タンクの液面高などを1度に検査するマルチインスペクションを実施【写真10】【動画3】。こちらもIn-Sight MicroやPLC、PC、モニタはすべてEthernetで接続されている。処理速度を落とさず、コストを抑えながら多数の検査ができるメリットがある。 オペレータ・インターフェイス・モニタ「VisionView」や、専用ソフト「EasyBuilder」を使うことで、誰でも簡単にモニタリングの設定が行なえ、9台までのカメラ画像や情報をPCレスで表示することが可能だ【動画4】。 もう1つユニークだったのは、参考出品として紹介されていた「OmniView」を利用したデモだ。ボトルや缶のような円筒形状の部品を4方向から4つのIn-Sight Microで1度に撮影し、それらを合成して360度の側面像として外観を検査できるシステムだ【動画5】。本邦初のお披露目だという。 缶を回転させてラインセンサで周囲を読み取る方法よりも、生産ラインの組み込みが簡単で、検査も毎分1,200個以上と高速、かつコストも安くなるというメリットがあるという。ただし精度はラインセンサのシステムには適わない。ラベルの位置ズレ、バーコードの読み取りなど、それほど精度を要求されない用途に向いているそうだ。
このほか検査対象が面白いものだったのは、シー・シー・デーの錠剤検査システムだ。このシステムは、錠剤の目視検査機に自動検査装置と排除装置をセットしたもので、目視検査ラインへ簡単に組み込める。ベルトコンベア上に並列で流れる錠剤の表裏に付いた汚れや傷・異物などをラインカメラで読み取って、NG/OKを判別することが可能だ【写真11】。コンベア搬送のため、高速な検査による錠剤の破損を少なくすることができる。 エム・アイ・エルは、産業用ロボットと画像処理検査装置を組み合わせて、人が苦手な精密な欠陥検査を実現するデモを実施【写真12】【写真13】【動画6】。同社の画像処理検査装置は、独自のアメーバ処理を行なうことで、複雑な形状に合うように自動的に検査範囲を決定でき、液晶・感光ドラム、フイルム、容器などのキズや異物混入を検査する。デモでは、冷間鋳造部品を検査して良・不良判定を行ない、監視モニタで直行率や不良件数の推移などをグラフで表示していた。
動くラインに同期しながら、画像認識とピッキング整列処理を実現するデモを行なっていたのは芳賀電機だ。同社の「VISION&MOTION」と呼ばれるシステムは、マシンビジョンシステム「MYVIS」とエリアセンサカメラに加え、安川電機のサーボモータ/ドライバ「Σ-Vシリーズ」×7軸、これらを同時制御するマシンコントローラ「MP2300S」などで構成【写真14】【写真15】。シート素材の欠陥を検出し、その位置にペンでマーキングできるユニークなモーションコントロールを可能にしている。これらすべての機器は安川電機の高速モーションネットワーク「MECHATROLINK-II」で接続されている。 デモでは、バラバラになっている6つのサイコロをカメラで認識し、それをライン同期制御によって1から順番に整列させるようにしていた【動画7】。動いているラインに載ったサイコロをピックアップして、そのライン上で一列に整列していることがポイントだ。
ヒカリの3Dカメラによるロボットシステムのデモも面白かった。これは、産業用6軸ロボットに、独自開発の3Dカメラを組み込むことで、最適なピックアップ状態を瞬時に判断できるシステムだ【写真16】。デモでは、重なり合った将棋のコマを1個ずつ、うまくピッキングしながら箱に入れていた【動画8】。通常の画像処理では、重なりあう複数のオブジェクトは1つのオブジェクトとして認識されてしまう。そのためピッキングすることが難しくなる。ところが本システムでは、異なる形状の対象物(将棋のコマ)を3Dカメラによって立体的に認識し、対象物の傾きに対してロボットアーム先端部を垂直に保持するように姿勢制御しながら吸着することが可能だ。 このような制御を実現できたポイントは、特許出願中の「レーザ変調格子プロジェクタ」に秘密が隠されている。1次元のMEMSスキャナの走査角度に同期してラインレーザを変調させ、対象物にスリット光のパターン投影を行なう。 次に光切断法と同じ原理によって、レーザが当たった断面方向の高さをカメラで読み取る。さらにレーザーで走査した高さ情報を、位相SHIFT法によって合成し、対象物全体の高さ情報を濃淡で表現することで、重なり合う個々の対象物の形状や傾きなどを認識できるというもの。 また、同社の「iCam」を利用し、コインの微妙なサイズの相違や、欠け、ホールなどを高速に判別するシステムも展示【写真17】。iCamは、130万画素のCMOSイメージセンサとDSPなどを内蔵し、Gigabit Ethernetで画像を転送できるFA専用のオールインワン型インテリジェントカメラだ。
● 画像処理ライブラリによるシステム事例も多数展示 リンクスのブースでは、同社が扱う画像処理ツール「HALCON」によるシステム事例が数多く取り上げられていた。HALCONは、ドイツの国家プロジェクトで活用されていた技術を、ミュンヘン工科大で汎用製品にしたもの。1,300個以上のライブラリ関数を組み合わせて、効率的に画像処理システムを開発できるツールだ。開発環境「HDevelop」によって、GUI画面でプログラミングができ、C、C++、C#など各種言語への自動コード生成も可能。高精度な位置決め、欠陥部の外観検査、文字認識、ロバストなデータコード認識、高精度計測、3次元処理、フーリエ変換などの各種フィルタリングも容易に行なえる。たとえば、HALCONで開発した画像処理システムとして、ロボットビジョンによるピッキングシステムや、自動車の3次元計測、ボトル外観検査、異色同形の対象物認識検査など、具体的な事例が実演されていた。ロボットビジョンによるピッキングシステムでは、産業用ロボットにカメラを取り付け、3次元形状のベースマッチングを行なう【写真18】【動画9】。1台のカメラで3次元情報を取得。あらかじめCADデータ(DXFフォーマット)からパターンマッチング用のモデルを自動生成しておく。対象物の任意の位置・姿勢を取得できるため、カメラ1視野でも高速マッチングが可能だ。 一方、自動車の3次元計測では、前述の光切断法を利用【写真19】。光切断法は、レーザ光を対象物に当てる際に、斜め方向から見たレーザラインの位置が対象物の移動に伴って上下移動することを利用し、その変動量を高さに換算して立体情報を得る方法だ。デモでは自動車の高さを光切断法によって測定し、正規モデルとパターンマッチングさせる【動画10】。もしボンネットなどが開いてパターンが異なると、形状エラーが出ることになる。 ボトル外観検査の例では、4台のカメラから同時に画像を取得し、HALCONにより別処理を実行することが可能だ。今回のデモは、キャップの印字検査と打刻文字検査、QRコード読み取り、バーコード読み取りを同時に行なっていた【写真20】。また異色同形の対象物認識検査では、クレヨンをテーブルに配置して回転させ、それぞれのカラーを読み取って高速で認識していた【写真21】。
■URL '08画像センシング展 http://www.adcom-media.co.jp/sensing/
（ 井上猛雄 ）
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