Vergelijking van 2D, 2,5D en 3D vision-systemen

Inleiding

De geschiedenis begon in de jaren 1960 met de uitvinding van de CCD (Charge-Coupled Device), die de weg vrijmaakte voor vision-gebaseerde meetsystemen.

In de jaren 1970 begonnen 2D vision systemen hun intrede te doen in laboratoria als de eerste systemen die gebruikt werden voor doel- en kwaliteitsinspecties.

In de jaren 1980 begon het onderzoek naar 3D-systemen vorm te krijgen, ondanks het feit dat de technologie als te duur en onpraktisch voor massaproductie werd beschouwd. Vandaag de dag staat machine vision nog steeds centraal in de 4e Industriële Revolutie en de rest van de wereld.

De wereldwijde markt voor machine vision werd gewaardeerd op $14,2 miljard en zal naar verwachting tegen 2030 meer dan $25 miljard bedragen, groeiend op een 7.1% CAGR. Zowel 2D- als 3D-systemen sturen noodzakelijke functies aan in de productie, logistiek, gezondheidszorg, auto-industrie en e-commerce.

Fotocellen hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt in het eenvoudiger maken van repetitieve automatiseringsvisies. In dit artikel worden 2D, 2,5D en 3D vision-systemen besproken, samen met hun gebruikssituaties, voordelen en vergelijkingen, om besluitvormers te helpen bij het kiezen van het optimale systeem.

2D vision-systemen

Definitie

Een 2D vision-systeem legt een beeld vast van een object op een plat, tweedimensionaal oppervlak (vlak). Het systeem 'meet' alleen langs twee assen, namelijk de horizontale (X) en de verticale (Y) as, en kan daarom alleen de lengte, breedte en oppervlakte berekenen.

Kenmerken

• 2D vision meetsystemen kunnen zowel grijswaarden- als kleurenbeelden meten en vastleggen.
• Meten met behulp van contrast, rand en pixelanalyse.
• Het maakt gebruik van eenvoudige apparatuur zoals camera's, lenzen en lichtbronnen.

Voordelen

• De kosten voor het installeren van een 2D vision-systeem zijn bijna 40-60%minder dan die van 3D-systemen.
• Een 2D systeem heeft een hoge inspectiesnelheid. Dit betekent dat het een hoge doorvoer (volume) heeft.
• 2D-systemen hebben een betrouwbaarheid 70% van machine vision-toepassingen(het controleren van de goede werking van een machine), wat bewezen technologie is.
• De meeste systemen zijn compatibel met bestaande transportbanden en assemblagelijnen.

Toepassingen

• Meestal worden deze systemen geïnstalleerd in supermarkten om barcodes en QR-codes te scannen.
• Industrieën gebruiken ze voor labelinspectie en verpakkingscontrole.
• De auto-industrie gebruikt 2D vision-systemen om oppervlaktekrassen, barsten of deuken te detecteren.
• Controle op aan- of afwezigheid van individuele assemblages.

Beperkingen

• Dit 2D-systeem kan de diepte niet bepalen.
• Niet ideaal voor volumetrische berekeningen of activiteiten waarbij precisie langs de Z-as nodig is.

2,5D Vision-systemen

Definitie

2D vision systemen kunnen alleen beelden leveren in twee vlakken, wat betekent dat je met behulp van dit systeem alleen platte beelden kunt verkrijgen. Het 2,5D systeem werd geïntroduceerd om de kloof tussen 2D en 3D vision meetsystemen te overbruggen. Het bereikt geen volledige volumetrische vastlegging, maar integreert 2D beelden met hoogtemapping met behulp van gestructureerd licht met hoogtemapping of focusvariatietechnieken.

Kenmerken

• Beperkte Z-as mogelijkheid, maar bereikt geen volledige volumetrische vastlegging.
• Gebruikt technieken zoals shape-from-shading, focus stacking of laserprofilering.
• Nauwkeuriger dan 2D-systemen, maar minder rekenintensief dan complete 3D-systemen.

Voordelen

• Diepteperceptie is de belangrijkste taak van 2,5D vision meetmachines.
• 5 vision-meetsystemen zijn bijna 30% goedkoper dan complete 3D-systemenDaarom hebben ze gebalanceerde kosten.
• Het zorgt voor extra diepte, waardoor de betrouwbaarheid van de meting toeneemt en dus ook de betrouwbaarheid van de meting.
• Bestaande 2D-systemen vervangen door een 2,5D-systeem is eenvoudiger dan ze te vervangen door 3D-systemen en biedt dus een grotere schaalbaarheid.

Toepassingen

• De camera die in het systeem wordt gebruikt, kan zowel de hoogte als de vorm van elk onderdeel vastleggen.
• De 2,5D-systemen kunnen worden gebruikt bij elektronica-assemblage (verificatie van soldeerhoogte en PCB-inspectie).
• Het wordt gebruikt bij het verpakken (beoordeling van blisterverpakkingen en integriteit van afdichtingen).
• Automotive (plaatsing van pakking en meten van groefdiepte).
• 5D-systemen zijn uitstekend voor precisieverbetering zonder investering in 3D-systemen.

3D Vision-systemen

Definitie

Het meest geavanceerde vision meetsysteem is dat met een 3D systeem. Een 3D vision-systeem behoudt de volledige dimensie van een object langs de X-, Y- en Z-as. Het kan een puntenwolkmodel genereren dat geschikt is voor volumetrische analyse via fotogrammetrie, gestructureerd licht of lasertriangulatie.

Kenmerken

• Onbeperkte 3D-kartering met miljoenen gegevenspunten.
• Variaties in belichting en verschillen in oppervlaktestructuur hebben geen effect.
• 3D vision meetsystemen zijn volledig geïntegreerd met AI-gebaseerde software en meetprogramma's.

Technieken

Er worden vier technieken gebruikt in een 3D vision-systeem

1. Gestructureerd licht
2. Vliegtijd
3. Stereovisie
4. Lasertriangulatie

Voordelen

• Ongeëvenaarde precisie met submicron mogelijkheden (geavanceerde weergave op ±5 µm).
• Multifunctioneel in volumetrische metingen, vormanalyse en robotgeleiding.
• Minder menselijke tussenkomst door lights-out productie en minimaal toezicht.
• Verbeterde veiligheid met robotgeleiding op afstand in gevaarlijke gebieden, waardoor minder mensen aan risico's worden blootgesteld.

Toepassingen

• Automotive: CNC-gestuurde robottoepassingen voor bin picking, lassen en het meten van carrosserieframes.
• Gezondheidszorg: Geautomatiseerde inspectie van chirurgische en andere hulpmiddelen voor precisie.
• Logistiek: Automatisch afmeten en sorteren van pakketten.
• Productie: Verificatie van assemblage voor complexe onderdelen en inspectie voor additieve processen.
• Net als andere krachtige 3D-systemen zijn deze systemen ook 2D. Deze kosten echter 2 tot 4 keer meer en vereisen een langere training voor de operator.

Vergelijking van 2D, 2,5D en 3D vision-systemen

Er zijn verschillen tussen 2D, 2,5D en 3D vision-systemen die hier worden berekend:

Technische verschillen

De technische verschillen hebben betrekking op alle verschillen die deze systemen gebruiken voor hun goede werking. Het basisverschil is het aantal vlakken waarmee ze kunnen meten.

Kenmerken	2D vision-systeem	2,5D-visiesystemen	3D-visiesysteem
Het aantal assen dat ze kunnen meten.	2	2 en beperkt Z	3
	X en Y	X en Y met beperkte Z-assen	X, Y en Z
Uitgang	Plat beeld	Afbeelding en hoogte	3D-model
Efficiëntie en snelheid	De verwerkingssnelheid is hoog, maar het beeld is minder efficiënt.	De productiesnelheid is gematigd, met efficiëntere resultaten.	Deze machine wordt gebruikt om elk detail van 3 assen te detecteren. Het is een tijdrovend proces, maar wel het meest efficiënte.
Lichtgevoeligheid	Hoog	Matig	Laag

 

Prestaties en nauwkeurigheid

De prestaties en nauwkeurigheid van 2D, 2,5D en 3D systemen variëren in verschillende aspecten. Hier volgen de details van elk systeem:

2D vision-systeem

• De prestaties van een 2D vision meetsysteem zijn het snelst voor een eenvoudige taak. Met behulp van dit systeem wordt een 2-vlaksbeeld geleverd.
• Een 2D-systeem kan worden gebruikt voor vlakke metingen, maar kan de diepte en hoogte van het object niet detecteren.

2.5 Zichtsysteem

• Het systeem werkt sneller in 3D maar langzamer dan het 2D systeem; dit systeem wordt gebruikt voor diepteperceptie.
• Een 2,5D-systeem biedt meer nauwkeurigheid dan een 2D-systeem door een diepere waarneming.

3D-visiesysteem

• Dit systeem moet gegevens van elk aspect verzamelen en heeft daarom de langzaamste verwerkingstijd.
• Een 3D vision meetsysteem biedt een uitgebreide oppervlakteanalyse vanuit elke hoek, wat de meest nauwkeurige resultaten oplevert.

Kosten en schaalbaarheid

2D vision-systeem

• De meest kosteneffectieve oplossing voor een vision meetsysteem is het 2D vision systeem. Het is eenvoudig van ontwerp en gemakkelijk te gebruiken.

2.5 Zichtsysteem

• Een 2,5D vision meetsysteem is duurder dan een 2D systeem maar goedkoper dan een 3D vision systeem.
• Het kan hoogte en diepte waarnemen van het object. Je kunt complexere beelden krijgen in vergelijking met een 2D-systeem en ze kunnen worden gebruikt als een haalbare tussenoptie.

3D-visiesysteem

• Het systeem is het meest nauwkeurig. Ze geven elk klein detail in alle drie de vlakken, X, Y en Z.
• Het meest efficiënte 3D vision-systeem is het duurste systeem om te installeren.

Geschiktheid voor gebruik

2D vision-systeem

• Een repetitieve taak met hoge snelheid kan worden uitgevoerd met een 2D vision meetsysteem, zoals een barcodescanner en labelinspectiesysteem.

2.5 Zichtsysteem

• Zeer geschikt voor nauwkeurige activiteiten in het middensegment (elektronica in elkaar zetten, voorwerpen elektronisch verpakken).

3D-visiesysteem

• Geavanceerd voor zeer nauwkeurige, flexibele automatisering (robots aansturen, 3D-scannen).

Conclusie

Alle drie de typen vision-systemen (2D, 2,5D en 3D) dienen belangrijke doelen en belangen in de automatisering.

• Het 2D vision-systeem is zuinig en presteert snel.
• 5D vision biedt meer gedetailleerde diepte en is aanzienlijk betaalbaarder, ongeveer 30% minder dan complete 3D-systemen.
• Het 3D systeem daarentegen is 2 tot 4 keer duurder dan 2D, maar is ongeëvenaard in precisie, met een nauwkeurigheid van ±5 micron.

Alle drie de systemen kunnen worden gebruikt in de auto-industrie, productie, gezondheidszorg en logistiek. Ze kunnen afzonderlijk worden gebruikt als het systeem tegelijkertijd tijd, kosten en precisie optimaliseert.

Kiezen voor het precisie vision meetsysteem van MXP

Als het gaat om het definiëren van succes, precisie vision meetsystemen van MXP geven prioriteit aan nauwkeurigheid boven alles. Hun robuuste apparatuur en snelle, betrouwbare systemen zorgen samen met onafhankelijke R&D-software voor betrouwbaarheid en consistente nauwkeurigheid.

Elke uitvinding draagt tientallen jaren aan metrologie-expertise in zich en is ontworpen met technologie die beschermd is door patenten en uitzonderlijke prestaties. De focus van het bedrijf ligt op de machinebouwindustrie, en de systemen van MXP behouden hun precisie door gebruik te maken van originele technologie.

Met 30 jaar als FR primeur heeft MXP 500 machines geproduceerd en exporteert het bedrijf naar 50 landen. Het bedrijf biedt maatwerkopties en gebruikt hoogwaardige grondstoffen voor de productie van vision meetmachines.

MXP biedt ook machines die dit bewezen hebben, met snelle levering en een ongeëvenaard 30-dagen retourbeleid op hun snelle machines. MXP biedt operationeel gereedschap dat betrouwbaar is in verschillende industrieën.