Thị giác máy công nghiệp đang chuyển dịch theo hướng trí tuệ biên, trong đó các quyết định kiểm tra không còn phụ thuộc vào những hệ thống máy tính tập trung. Cảm biến thị giác Vision Sensor PV4 mới của Imago Technologies phản ánh quá trình chuyển đổi này với thiết kế mô-đun kết hợp xử lý ảnh truyền thống và suy luận AI trên thiết bị.

Dẫn nhập: Chuyển hướng sang các nút kiểm tra tự chủ

PV4 gia nhập thị trường vào thời điểm các dây chuyền sản xuất ngày càng đòi hỏi những hệ thống kiểm tra có khả năng thích ứng. Thay vì chuyển dữ liệu hình ảnh đến các máy tính công nghiệp bên ngoài, cảm biến thực hiện phân tích tại chỗ, giúp giảm độ trễ và đơn giản hóa kiến trúc hệ thống.

Cách tiếp cận này đặt PV4 vào vị trí trung gian giữa camera thông minh truyền thống và các nền tảng thị giác AI quy mô đầy đủ. Sản phẩm hướng đến những môi trường có logic kiểm tra thường xuyên thay đổi và yêu cầu thời gian dừng để cấu hình lại hệ thống ở mức tối thiểu.

PV4 kết hợp xử lý AI tích hợp với hệ quang học mô-đun để hỗ trợ các quy trình kiểm tra công nghiệp thích ứng.

Kiến trúc xử lý bên trong PV4

Cảm biến tích hợp bộ xử lý Arm Cortex-A55 hexa-core kết hợp với một bộ xử lý thần kinh chuyên dụng, cung cấp hiệu năng lên đến 2 TOPS. Cấu trúc tính toán lai này cho phép thực thi đồng thời các thuật toán dựa trên quy tắc và suy luận học sâu.

Các tác vụ thị giác truyền thống như OCR, đọc mã và phát hiện blob có thể chạy song song với các mô hình phân loại thần kinh. Cách tiếp cận kép này làm giảm sự phụ thuộc vào các hệ thống bên ngoài và cải thiện thời gian phản hồi trên những dây chuyền sản xuất tốc độ cao.

Xét về điều khiển, PV4 hoạt động như một nút biên độc lập thay vì một camera ngoại vi. Thiết bị thực thi logic quyết định ngay tại điểm chụp, qua đó thay đổi cách các kỹ sư thiết kế mạng lưới kiểm tra.

Tính linh hoạt phần cứng được thiết kế cho biến động sản xuất

Imago xây dựng PV4 dựa trên khái niệm phần cứng mô-đun, cho phép thay đổi cấu hình cảm biến mà không cần thiết kế lại toàn bộ hệ thống kiểm tra. Điều này đặc biệt quan trọng trong các môi trường sản xuất thường xuyên thay đổi định dạng sản phẩm.

Hệ thống hỗ trợ nhiều tùy chọn độ phân giải và các mô-đun quang học có thể thay thế. Các phiên bản bao gồm vỏ nhỏ gọn và vỏ dạng khối lập phương, mỗi loại được tối ưu cho những hạn chế lắp đặt khác nhau.

Thiết kế vỏ mô-đun cho phép PV4 thích ứng với không gian máy chật hẹp và khoảng cách kiểm tra thay đổi.

Hệ thống thấu kính chất lỏng tùy chọn bổ sung khả năng tự động lấy nét, cho phép điều chỉnh linh hoạt khoảng cách tiêu cự mà không cần di chuyển cơ học. Tính năng này đặc biệt phù hợp với các dây chuyền sản xuất nhiều chủng loại.

Tích hợp vào các hệ sinh thái truyền thông công nghiệp

PV4 hỗ trợ Ethernet 2.5 Gbit, GigE Vision và OPC UA, giúp tương thích với các kiến trúc dữ liệu công nghiệp hiện đại. Thiết bị cũng có các kênh I/O kỹ thuật số cách ly quang để tương tác trực tiếp với máy móc.

Các kỹ sư có thể mở rộng hệ thống bằng những mô-đun phụ trợ như bộ điều khiển chiếu sáng hoặc các giao diện I/O mở rộng. Tính mô-đun này làm giảm nhu cầu sử dụng bộ điều khiển bên ngoài trong nhiều ứng dụng kiểm tra tầm trung.

Trong các hệ thống tự động hóa phân tán, PV4 có thể tích hợp cùng các nền tảng như hệ sinh thái PLC Siemens hoặc các kiến trúc điều khiển kết nối biên sử dụng các giao thức công nghiệp tiêu chuẩn hóa.

Nơi thị giác thích ứng phát huy hiệu quả nhất

PV4 hướng đến những môi trường sản xuất mà yêu cầu kiểm tra thay đổi nhanh hơn chu kỳ máy. Chẳng hạn, các dây chuyền đóng gói thường phải xử lý nhiều định dạng nhãn khác nhau, bề mặt hư hỏng và luồng sản phẩm hỗn hợp.

Trong các ứng dụng logistics, cảm biến thực hiện đọc mã vạch và phân loại ngay cả trong điều kiện không lý tưởng. Các mô hình AI giúp tăng độ ổn định trong những trường hợp hệ thống dựa trên quy tắc truyền thống không hoạt động hiệu quả.

Các ngành dược phẩm và thực phẩm được hưởng lợi từ khả năng kiểm tra những bề mặt phản chiếu hoặc không đều của thiết bị. Trong ngành in, thiết bị đánh giá độ căn chỉnh và tính nhất quán màu sắc bằng cách kết hợp phân tích truyền thống với phân tích thần kinh.

Các nhà tích hợp hệ thống làm việc với những dây chuyền sản xuất có nhiều chuyển động có thể kết hợp các hệ thống thị giác như vậy với các nền tảng truyền động hiệu năng cao, chẳng hạn như động cơ và bộ truyền động ABB, để đồng bộ hóa hoạt động kiểm tra và điều khiển chuyển động.

Định hướng ngành: Trí tuệ phân tán tại biên

Thị giác công nghiệp đang rời xa hoạt động xử lý AI tập trung để chuyển sang trí tuệ phân tán được tích hợp trực tiếp trong các thiết bị hiện trường. Điều này làm giảm tải băng thông và rút ngắn chu kỳ ra quyết định ở cấp máy.

Các cảm biến mô-đun như PV4 cũng phản ánh sự thay đổi trong chiến lược mua sắm. Thay vì những camera chỉ có chức năng cố định, các nhà sản xuất hiện ưu tiên những hệ thống có khả năng thích ứng và phát triển cùng nhu cầu sản xuất.

Về lâu dài, kiến trúc này nhiều khả năng sẽ hợp nhất với các hệ sinh thái IIoT rộng hơn, trong đó các hệ thống thị giác, chuyển động và điều khiển hoạt động như những nút biên phối hợp thay vì các hệ thống con tách biệt.

Quan điểm tác giả

PV4 không chỉ đơn thuần cải thiện hiệu suất thị giác máy. Thiết bị còn thay đổi vị trí của trí tuệ bên trong ngăn xếp tự động hóa.

Bằng cách đưa suy luận AI trực tiếp vào cảm biến, Imago giảm độ phức tạp của hệ thống nhưng đồng thời làm tăng tầm quan trọng mang tính chiến lược của các thiết bị biên. Theo tôi, đây là một bước tiến thực tế hướng đến các kiến trúc kiểm tra phi tập trung, thay vì chỉ là một nâng cấp tính năng.

Tuy nhiên, giá trị dài hạn sẽ phụ thuộc vào mức độ các hệ thống này tích hợp tốt với môi trường tự động hóa đa nhà cung cấp. Các hệ sinh thái khép kín sẽ hạn chế khả năng tiếp nhận, trong khi khả năng tương thích công nghiệp mở sẽ quyết định khả năng mở rộng thực tế.

Richard Hale, Phóng viên Hệ thống Công nghiệp — 14 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, với nền tảng tích hợp tại hiện trường cho các hệ thống của Siemens, Rockwell Automation và Emerson.