産業自動化の革命：ロボット向け先進3Dビジョン技術

より多くの業界がオペレーションにおけるロボットの必要性を認識するにつれ、世界の産業用ロボット設置台数は今後5年間でプラス成長を遂げるでしょう。自動化へのこの発展途上の関心に伴い、研究開発への投資が増加しています。その結果、より先進的なコンポーネントを備えたリーンなロボットシステムが生まれています。ロボットワークセルの成長トレンドの一つが3D自動ビジョンです。この技術により、ロボットは物体の位置、サイズ、深度、色を識別できます。物流、食品加工、ライフサイエンス、製造などのセクターが、ビジュアルコンポーネントを用いてプロセス自動化の方法を見出しています。

3Dビジョンへの異なるアプローチとは？

ビジョン技術は「ワンサイズフィッツオール」のツールではありません。アプリケーション、装置、製品、環境、予算などの要因が、ビジョンをプロセスにどう統合するかを決定します。ロボットシステムでのリアルタイム3Dイメージング設定に標準はありません。しかし、ビジョン統合エキスパートによって使用されるいくつかの標準技術があり、それぞれ特定タスクに利益をもたらすよう調整されています。これらの技術はステレオビジョン、飛行時間法（TOF）、レーザー三角測量、構造化光です。

レーザー三角測量

物体がレーザースキャナーから放出される光ビームを通過します。特定角度に配置されたカメラが、物体が通過する際のレーザーラインの画像を記録し、ビームを歪ませ物体のプロファイルを作成します。

構造化光

プロジェクターが薄い光帯を作り、物体にパターンを投影します。異なる角度からのカメラが光から生じる様々な曲線を観察し、物体の3D画像を作成します。

飛行時間法（ToF）

カメラが高出力レーザースキャナーを使用し、物体から反射した光をイメージセンサーへ戻します。カメラから物体までの距離は、送信光と受信光の時間遅延に基づいて計算されます。

ステレオビジョン

ロボットシステムが2台のカメラを使用し、2つの異なる角度から撮影された物体の同じ2Dビューを記録します。ソフトウェアが確立された2台のカメラ位置を用い、2つの平面画像の対応する点を比較し、変異を特定して画像を生成します。

どの用途が3Dロボットビジョンを使用しているか？

現代の産業用ロボットには、物体検出、部品認識、適切な角度でのコンポーネント把持のニーズがあります。従来型ロボットは部品を一貫して位置特定するのに最適ですが、現代ロボティクスはピースがどこにあるかを検出するための補正を調整できます。その後のアクションが不定順序ではないために生産ライン全体が停止する代わりに、システムは変化を迅速に認識し適応します。その結果、産業界を跨ぐ多くの産業用途が3Dロボットビジョンに投資しています。これには物流、食品加工、ライフサイエンス、製造、自動車業界が含まれます。これほど多くのセクターが自動化するにつれ、ビジョン技術の使用は新たな領域へ拡大しています。 ディパレタイジング用途は、様々なタイプの出荷箱で満たされたパレットをスキャンし仕分けするために3Dビジョンコンポーネントを使用します。スキャナーを使用して画像をソフトウェアへ送り、ロボットがテクスチャパターンに基づいて箱タイプを検出し、指定エリアへ送ります。 食品加工プラントはマルチスペクトルビジョン技術と特殊照明を使用し、製品を検査し腐敗を検出します。 伝統的にビジョン技術を使用してきた用途が、より革新的な装置へアップグレードしています。 航空宇宙企業が従来の検査ツールを3Dスキャニングに置き換え、タービンブレードの欠陥を検査し、検査時間を18時間から45分に短縮。 ビジョン技術は、物流用途、マルチスペクトルマシンビジョン、3Dビジョンを用いた機械学習による適応、より遠距離からより精密な画像を可能にする液体レンズなど、将来のトレンドが予測されながら拡大し続けるでしょう。

ビジョン用途の重要なサブシステムとコンポーネント

最も調整された自動化システムは、単一の自動制御システム以上のものと、効率的なワークセルアセンブリを作るために統合されたコンポーネントを持っています。 オブジェクトトラッキング、製品プロファイリング、ビンピッキングのような先進的な3Dビジョンオプションをプロセスラインに組み込む際、システムは3D画像データを生成すべきです。 ロボットシステムでの3Dビジョン使用には、適切な電力供給、リアルタイム処理、安全性を促進するために様々なコンポーネントの統合が必要です。 成功する自動化のもう一つの重要なコンポーネントは通信能力です。 デジタル時代において、データ共有のためにシステムを他の装置へデジタル接続する接続ポートを持つのは良い習慣です。 新興ロボット技術は同じ目的でWi-Fi接続を促進します。 設計段階でリスクアセスメントスタディを実施するのが、システムの誤動作リスクを特定し除去する唯一の方法です。 3Dビジョン搭載ロボットは、怪我と装置損傷を防ぐため装置を安全に停止できます。 バイヤーが研究と事前計画に投資すれば、結果は柔軟で使いやすい自動化システムになります。

結論

現代製造はより少ないリソースからより多くを要求し、リーンな生産ラインがより大きなアウトプットを提供する必要があります。 ロボットビジョンの影響は、異なる生産領域へ拡大し続け、自動化プロセスを改善する全く新しい方法を見出し続けるでしょう。 将来、より多くの3Dビジュアルコンポーネントが自動システムで一般的になることを期待しています。