Pick and Place : précis au point près
Une solution de traitement d'image 3D avec des caméras 2D, de l'IA et de la robotique optimise l'environnement de fabrication
Le secteur de la fabrication est actuellement confronté à un certain nombre de défis. Les changements technologiques, les questions environnementales urgentes et la mondialisation exigent une série d'adaptations, comme l'investissement dans de nouvelles technologies, la préservation des ressources ainsi que l'optimisation et la sécurisation des chaînes d'approvisionnement. Les entreprises mondiales doivent s'affirmer face à un environnement changeant tout en gérant les problèmes liés aux chaînes d'approvisionnement. La relocalisation de la production sur le territoire national est une option de plus en plus fréquente. Cela exige non seulement une certaine résilience, mais aussi le respect de réglementations environnementales strictes et des stratégies rentables pour rendre la fabrication nationale compétitive. Si l'on veut garantir la compétitivité de la production nationale, il faut en outre surmonter les pénuries de personnel. L'automatisation par la robotique est devenue depuis longtemps la force motrice dans ce domaine, l'intelligence artificielle (IA) jouant de plus en plus un rôle clé. Cette technologie se développe rapidement alors que la pression sur l'automatisation se renforce. Pour reproduire les processus de production dans sa propre entreprise avec l'IA, une intégration aussi simple que possible de l'IA ainsi que la réduction des phases d'entraînement sont déjà des facteurs décisifs. C'est précisément là que la startup britannique Cambrian Robotics Limited intervient avec une solution entièrement basée sur l'IA, destinée à diverses applications robotiques en production. Cette dernière prend en charge le bin picking (prélèvement sur emplacement) rapide ou le pick-and-place, l'alimentation précise de pièces pour les machines ainsi que différentes étapes de travail lors de la manipulation de matériel, pour une plus grande efficacité dans les tâches de montage ou dans la logistique d'entrepôt. Le système facilement intégrable se compose d'un module pour bras robotisés, d'une unité de calcul avec logiciel intelligent préinstallé et d'un module équipé de deux caméras uEye+ XCP d'IDS.
« Le rôle des caméras est de prendre une image de la zone où se trouvent les objets à manipuler. Les images permettent au logiciel d'analyser la scène et d'identifier l'endroit exact où se trouvent les objets », explique Miika Satori, fondateur et directeur de Cambrian Robotics. Le traitement des images s'effectue à l'aide de la pièce maîtresse de la solution de vision Cambrian : un logiciel auto-apprenant spécialement développé pour prédire la position des pièces ainsi que leurs points de prélèvement. Celui-ci compare les images à l'aide de l'IA, de sorte qu'aucun nuage de points 3D classique n'est nécessaire. Sur la base de données simulées, l'IA apprend de manière autonome et localise les points de prélèvement et les pièces de manière extrêmement précise. Les modèles d'IA pour la reconnaissance des pièces et la communication avec le robot sont contrôlés par un processeur graphique puissant (GPU, Graphics Processing Unit). Et le logiciel apprend vite : « Le progiciel Cambrian permet de définir des points de prélèvement pour de nouvelles pièces en seulement deux à cinq minutes et de configurer l'application », souligne Miika Satori, fondateur de la startup.
Le module de caméras correspondant est équipé de deux caméras industrielles uEye XCP peu encombrantes. « Les deux caméras IDS fournissent des images de la scène sous différents angles, selon le principe de la stéréovision. Le défi consiste à déterminer le plus précisément possible la position de la pièce à saisir à partir de ces images. C'est à nouveau le rôle de l'IA », explique Miika Satori. La combinaison de l'acquisition d'images, des modèles d'IA et du traitement spécial des images permet de déterminer les points de prise et les positions de manière particulièrement précise. « Les applications standard de CAO pour le bin picking 3D utilisent souvent une lumière structurée ou des capteurs qui projettent quelque chose sur l'environnement, créent un nuage de points et essaient ensuite de trouver la pièce à l'intérieur. Cambrian utilise uniquement deux caméras industrielles IDS disponibles dans le commerce au lieu d'une caméra 3D.
« Par rapport aux systèmes concurrents, la solution de vision Cambrian est à la fois plus précise et plus robuste face aux effets de la lumière externe. Elle peut détecter un très large éventail d'objets et permet des temps de cycle particulièrement rapides. »
Avec une précision inférieure au millimètre, la solution de vision Cambrian est également beaucoup plus précise que les systèmes concurrents. « Le système détecte de manière fiable une large gamme de pièces, y compris les composants brillants, réfléchissants ou transparents, auxquels se heurtent souvent les systèmes de traitement d'image traditionnels. Il reste fiable face aux conditions d'éclairage extérieures », explique Miika Satori pour décrire les exigences spécifiques posées aux caméras, qui constituent un élément fondamental de la solution. « En outre, le système est super rapide, puisque la vitesse d'inférence est inférieure à 170 millisecondes, alors qu'elle dépasse souvent les 1 000 millisecondes dans des solutions comparables. » Le temps de calcul rapide permet des temps de cycle de deux à trois secondes pour un réglage Bin picking. « Cela garantit une exécution efficace, précise et exacte en un seul passage », souligne Miika Satori. Le système « one shot » est donc actuellement l'un des systèmes de reconnaissance d'images AI les plus rapides du marché.
Cela est notamment possible grâce aux caméras SuperSpeed USB 5 Gbps, qui fournissent de manière fiable des données haute résolution pour des évaluations d'images détaillées dans n'importe quel environnement, explicitement dans des applications avec une faible luminosité ambiante ou des conditions d'éclairage changeantes. Grâce à la technologie de pixels BSI (« Back Side Illumination »), le capteur intégré (CMOS onsemi AR0521 à obturateur roulant (Rolling Shutter) 1/2,5" 5,04 MP) offre une performance stable en basse lumière ainsi qu'une sensibilité élevée dans le domaine NIR (proche infrarouge), de sorte que les caméras uEye XCP fournissent des images de haute qualité dans presque toutes les situations d'éclairage - tout en présentant un faible bruit numérique. Avec son boîtier intégral compact et léger (29 x 29 x 17 millimètres, 61 grammes) et son connecteur USB Micro-B vissable, la caméra USB3 XCP est particulièrement adaptée à une utilisation combinée à des robots et des cobots dans le domaine de l'automatisation.
« Selon les besoins du client, nous utilisons d'autres caméras IDS dans notre système. L'interface standardisée permet une mise en œuvre rapide des modèles uEye les plus divers. »
Grâce au connecteur USB3 et à la compatibilité avec la norme Vision (USB3/GenICam),les caméras uEye XCP peuvent être aisément intégrées à tout système de traitement d'image et peuvent en principe être utilisées avec tout logiciel approprié. La facilité d'intégration grâce à l'interface standard est particulièrement avantageuse pour Miika Satori : « Selon les besoins du client, nous utilisons d'autres caméras IDS dans notre système. L'interface standardisée permet une mise en œuvre rapide des modèles uEye les plus divers. » Grâce à leur compatibilité avec les objectifs courants, un grand nombre de caméras de la gamme IDS conviennent pour faire office d'« yeux » dans les solutions de vision Cambrian spécifiques aux clients et contribuent ainsi de manière décisive à maximiser les performances de production.
La vitesse de pointe, l'insensibilité particulièrement élevée à la lumière et la grande largeur de bande des composants atteintes par le système grâce aux caméras IDS performantes et au logiciel intelligent le rendent particulièrement intéressant pour les tâches d'automatisation dans l'environnement de production.
Une autre clé de l'efficacité réside dans la facilité d'intégration de la solution de vision Cambrian. Le système de vision 3D intelligent est immédiatement opérationnel sans formation robotique réelle - une accélération remarquable par rapport aux méthodes traditionnelles. Les entreprises peuvent donc rapidement profiter des avantages de l'automatisation : elles préservent les ressources et réduisent les coûts en travaillant de manière plus efficace, plus compétitive et plus durable. Elles améliorent également la qualité de leurs produits et la sécurité de leurs collaborateurs.
Perspectives
« L'utilisation de l'IA dans la robotique n'en est qu'à ses débuts et ses premiers balbutiements », constate Miika Satori. En raison de la demande croissante, le développement du traitement d'image avec IA va continuer. Des caméras avec des débits de données supérieurs ainsi que des capteurs plus rapides et plus grands arriveront sur le marché, de même que des modèles avec des fonctions de base fiables, et dont le prix sera encore optimisé. « Les caméras industrielles sont de plus en plus petites et de plus en plus abordables. Cela permettra encore plus d'applications. Notre vision est de donner aux robots des capacités de même niveau que les humains. » L'utilisation de robots basés sur l'IA pour les tâches quotidiennes et répétitives permet de réorienter les ressources humaines vers des tâches plus créatives, plus productives et à plus forte valeur ajoutée.
uEye XCP - La plus petite caméra en boîtier du marché avec monture C
Modèle utilisé : U3-3680XCP
Famille de caméras : uEye XCP
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Client
En combinant la robotique et l'intelligence artificielle, Cambrian Robotics développe un outil productif qui remplace les mains de l'homme lors de la fabrication de produits. L'automatisation intelligente doit ainsi permettre de réduire les coûts et de libérer du temps pour que les personnes puissent réaliser des tâches utiles. Cambrian Vision est une solution entièrement basée sur l'IA, destinée à diverses applications de robotique dans la production, telles que le bin picking, l'assemblage, la détection et la localisation de fonctions, le pick and place, le placement de composants, le montage de faisceaux de câbles et de câbles.