Introduction
L'histoire a commencé dans les années 1960 avec l'invention du CCD (Charge-Coupled Device), qui a ouvert la voie aux systèmes de mesure basés sur la vision.
Dans les années 1970, les systèmes de vision 2D ont commencé à apparaître dans les laboratoires comme les premiers systèmes utilisés pour les inspections de cibles et de qualité.
Dans les années 1980, la recherche sur les systèmes 3D a commencé à prendre forme, même si la technologie était perçue comme trop coûteuse et peu pratique pour la production de masse. Aujourd'hui, la vision industrielle reste au cœur de la quatrième révolution industrielle et du reste du monde.
Le marché mondial de la vision industrielle a été évalué à Le montant total des dépenses de l'UE s'élève à $14,2 milliards d'euros et devrait dépasser $25 milliards d'euros d'ici à 2030, à un taux de croissance de 7.1% CAGR. Les systèmes 2D et 3D remplissent des fonctions essentielles dans les secteurs de la fabrication, de la logistique, des soins de santé, de l'automobile et du commerce électronique.
Les capteurs photoélectriques ont fait des progrès considérables pour faciliter la vision de l'automatisation répétitive. Cet article passe en revue les systèmes de vision 2D, 2,5D et 3D, ainsi que leurs cas d'utilisation, leurs avantages et leurs comparaisons, afin d'aider les décideurs à choisir le système optimal.
Systèmes de vision 2D
Définition
Un système de vision 2D capture l'image d'un objet sur une surface plane et bidimensionnelle (plan). Le système ne "mesure" que le long de deux axes, à savoir l'axe horizontal (X) et l'axe vertical (Y), et ne peut donc calculer que des mesures de longueur, de largeur et de surface.
Caractéristiques
- Les systèmes de mesure par vision 2D peuvent mesurer et capturer des images en niveaux de gris ou en couleurs.
- Mesures utilisant l'analyse des contrastes, des bords et des pixels.
- Elle utilise des équipements simples tels que des caméras, des objectifs et des sources de lumière.
Avantages
- Le coût de l'installation d'un système de vision 2D est quasiment nul. 40-60%inférieur à celui des systèmes 3D.
- Un système 2D a une vitesse d'inspection rapide. Cela signifie qu'il dispose d'environnements à haut débit (volume).
- Les systèmes 2D ont une fiabilité 70% des applications de vision industrielle(vérification du bon fonctionnement d'une machine), qui est une technologie éprouvée.
- La plupart des systèmes sont compatibles avec les lignes de convoyage et d'assemblage existantes.
Applications
- Ces systèmes sont généralement installés dans les supermarchés pour la lecture des codes-barres et des codes QR.
- Les industries les utilisent pour l'inspection des étiquettes et la vérification des emballages.
- L'industrie automobile utilise des systèmes de vision 2D pour détecter les rayures, les fissures ou les bosses.
- Vérification de la présence ou de l'absence d'assemblages individuels.
Limites
- Ce système 2D ne permet pas de déterminer la profondeur.
- Il n'est pas idéal pour les calculs volumétriques ou les activités nécessitant une précision le long de l'axe Z.
Systèmes de vision 2.5D
Définition
Les systèmes de vision 2D ne peuvent fournir des images que dans deux plans, ce qui signifie que vous ne pouvez obtenir que des images planes à l'aide de ce système. Le système 2,5D a été introduit pour combler le fossé entre les systèmes de mesure par vision 2D et 3D. Il ne permet pas d'obtenir une capture volumétrique complète, mais il intègre des images 2D avec une cartographie de la hauteur à l'aide d'une lumière structurée en hauteur ou de techniques de variation de la mise au point.
Caractéristiques
- Capacité limitée de l'axe Z, mais ne permet pas d'obtenir une capture volumétrique complète.
- Utilise des techniques telles que le shape-from-shading, le focus stacking ou le laser profiling.
- Plus précis que les systèmes 2D, mais moins gourmands en calculs que les systèmes 3D complets.
Avantages
- La perception de la profondeur est la tâche principale des machines de mesure de la vision 2,5D.
- 5 systèmes de mesure de la vision sont presque 30% moins cher que les systèmes 3D completsIls ont donc un coût équilibré.
- Il apporte une profondeur supplémentaire qui améliore la fiabilité de la mesure, et donc la fiabilité de la capture de la mesure.
- Il est plus facile de remplacer les systèmes 2D existants par un système 2,5D que de les remplacer par des systèmes 3D, ce qui permet une plus grande évolutivité.
Applications
- La caméra utilisée dans le système peut capturer à la fois la hauteur et la forme de chaque pièce.
- Les systèmes 2.5D peuvent être utilisés dans l'assemblage électronique (vérification de la hauteur de soudure et inspection des circuits imprimés).
- Il est utilisé dans le domaine de l'emballage (évaluation des blisters et intégrité des scellés).
- Automobile (placement du joint et mesure de la profondeur de la rainure).
- Les systèmes 5D sont excellents pour améliorer la précision sans avoir à investir dans des systèmes 3D.
Systèmes de vision 3D
Définition
Le système de mesure par vision le plus avancé est celui qui utilise un système 3D. Un système de vision 3D conserve toutes les dimensions d'un objet le long des axes X, Y et Z. Il est capable de générer un modèle de nuage de points permettant une analyse volumétrique par photogrammétrie, lumière structurée ou triangulation laser. Il est capable de générer un modèle de nuage de points pouvant faire l'objet d'une analyse volumétrique par photogrammétrie, lumière structurée ou triangulation laser.
Caractéristiques
- Cartographie 3D sans restriction contenant des millions de points de données.
- Les variations d'éclairage et les différences de texture de la surface n'ont aucun effet.
- Les systèmes de mesure par vision 3D s'intègrent parfaitement aux logiciels et aux programmes de mesure basés sur l'IA.
Techniques
Quatre techniques sont utilisées dans un système de vision 3D
- Lumière structurée
- Temps de vol
- Vision stéréoscopique
- Triangulation laser
Avantages
- Précision inégalée avec une capacité submicronique (rendus avancés à ±5 µm).
- Multifonctionnel dans la mesure volumétrique, l'analyse de forme et le guidage robotique.
- Réduction de l'implication humaine grâce à une fabrication sans lumière et à une supervision minimale.
- Sécurité accrue grâce au guidage robotique à distance dans les zones dangereuses, ce qui réduit l'exposition humaine au risque.
Applications
- Automobile: Applications de robots à commande numérique pour la préparation de commandes, le soudage et la mesure de la carrosserie.
- Soins de santé: Inspection automatisée de dispositifs chirurgicaux et autres pour en vérifier la précision.
- Logistique: Dimensionnement et tri automatisés des colis.
- Fabrication: Vérification de l'assemblage de pièces complexes et inspection de procédés additifs.
- Comme d'autres systèmes 3D puissants, ces systèmes sont également 2D. Ils coûtent cependant 2 à 4 fois plus cher et nécessitent une formation plus longue de l'opérateur.
Comparaison des systèmes de vision 2D, 2,5D et 3D
Il existe des différences entre les systèmes de vision 2D, 2,5D et 3D qui sont calculées ici :
Différences techniques
Les différences techniques couvrent toutes les différences que ces systèmes utilisent pour leur bon fonctionnement. La différence fondamentale est le nombre de plans avec lesquels ils peuvent mesurer.
| Caractéristiques | Système de vision 2D | Systèmes de vision 2.5D | Système de vision 3D |
| Le nombre d'axes qu'ils peuvent mesurer. | 2 | 2 et Z | 3 |
| X et Y | Axes X et Y et axes Z limités | X, Y et Z | |
| Sortie | Image plate | Image et hauteur | Modèle 3D |
| Efficacité et rapidité | La vitesse de traitement est rapide, mais l'image est moins efficace. | La vitesse de production est modérée, avec des résultats plus efficaces. | Cette machine est utilisée pour détecter chaque détail sur 3 axes.
C'est un processus qui prend du temps, mais qui est le plus efficace. |
| Sensibilité à la lumière | Haut | Modéré | Faible |
Performance et précision
Les performances et la précision des systèmes 2D, 2.5D et 3D varient en fonction de différents aspects. Voici les détails de chaque système :
Système de vision 2D
- Les performances d'un système de mesure par vision 2D sont les plus rapides pour une tâche simple. Une image à 2 plans est fournie à l'aide de ce système.
- Un système 2D peut être utilisé pour des mesures planaires, mais ne peut pas détecter la profondeur et la hauteur de l'objet.
2.5 Système de vision
- Le système fonctionne plus rapidement en 3D mais plus lentement que le système 2D ; ce système est utilisé pour la perception de la profondeur.
- Un système 2,5D offre plus de précision qu'un système 2D en fournissant une perception en profondeur.
Système de vision 3D
- Ce système doit collecter des données sous tous les aspects, c'est pourquoi il a le temps de traitement le plus lent.
- Un système de mesure par vision 3D permet une analyse complète de la surface sous tous les angles, ce qui donne les résultats les plus précis.
Coût et évolutivité
Système de vision 2D
- La solution la plus rentable pour un système de mesure par vision est le système de vision 2D. Il est de conception simple et facile à utiliser.
2.5 Système de vision
- Un système de mesure par vision 2,5D est plus cher qu'un système 2D mais moins cher qu'un système de vision 3D.
- Il permet de percevoir la hauteur et la profondeur de l'objet. Il est possible d'obtenir des images plus complexes qu'avec un système 2D, et il peut être utilisé comme une option intermédiaire viable.
Système de vision 3D
- Le système est le plus précis. Il fournit tous les détails dans les trois plans, X, Y et Z.
- Le système de vision 3D le plus efficace est le plus coûteux à installer.
Adéquation des cas d'utilisation
Système de vision 2D
- Une tâche répétitive à grande vitesse peut être effectuée à l'aide d'un système de mesure par vision 2D, tel qu'un lecteur de codes-barres et un système d'inspection d'étiquettes.
2.5 Système de vision
- Idéal pour les activités de précision moyenne (assemblage d'appareils électroniques, emballage d'articles par voie électronique).
Système de vision 3D
- Avancée pour l'automatisation flexible et de haute précision (robots de direction, balayage 3D).
Conclusion
Les trois types de systèmes de vision (2D, 2,5D et 3D) servent des objectifs et des intérêts importants dans le domaine de l'automatisation.
- Le système de vision 2D est économique et rapide.
- La vision 5D offre une profondeur plus détaillée et est considérablement plus abordable, environ 30% de moins que les systèmes 3D complets.
- Le système 3D, quant à lui, est 2 à 4 fois plus cher que le système 2D, mais il offre une précision inégalée, de l'ordre de ±5 microns.
Les trois systèmes peuvent être utilisés dans les secteurs de l'automobile, de la fabrication, des soins de santé et de la logistique. Ils peuvent être utilisés séparément lorsque le système optimise simultanément le temps, le coût et la précision.
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