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Technologie des contrôleurs de vision industrielle

Les contrôleurs de vision industrielle sont des unités de traitement d’images et de données, ainsi que de communication des résultats. Ils sont généralement utilisés pour l’évaluation d’applications à caméras ou profils multiples.

Qu’est-ce qu’un contrôleur de vision industrielle ?

Les contrôleurs de vision industrielle sont des ordinateurs utilisés dans les environnements exigeants et industriels. Contrairement aux ordinateurs de bureau traditionnels, les contrôleurs de vision industrielle se caractérisent par un mode continu à sécurité intégrée, des indices de protection IP supérieurs, une résistance aux vibrations et à la poussière, des plages de températures de fonctionnement étendues et une disponibilité élevée à long terme. Les possibilités d’utilisation se trouvent par exemple dans les installations de production des secteurs les plus divers tels que l’automobile, la métallurgie, la logistique, l’agroalimentaire, l’industrie pharmaceutique ou encore la production d’énergie.

Tâches effectuées par un contrôleur de vision industrielle

Des processeurs puissants offrent différentes fonctions et permettent d’exécuter diverses tâches dans le cadre du traitement d’images industriel. Voici quelques exemples :

Commande et surveillance

En surveillant et en commandant les machines, les installations et les processus de production à l’aide d’un système de vision industrielle, l’efficacité de la fabrication peut être considérablement augmentée. Le contrôleur permet une commande précise et une surveillance en temps réel.

Analyse et collecte de données

Les contrôleurs collectent les données capturées par les caméras, les capteurs de profil et d’autres appareils pour un traitement ultérieur. Les données sont ensuite traitées, analysées et visualisées à l’aide d’un logiciel spécifique au fabricant.

Interface entre l’opérateur et le système

La facilité d’utilisation est importante pour la surveillance et la commande de l’équipement de fabrication, car le contrôleur est le lien entre l’opérateur humain et le système automatisé. Les systèmes d’exploitation traditionnels tels que Linux sont souvent utilisés.

Connectivité et communication

Les contrôleurs industriels disposent de plusieurs interfaces pour assurer une connectivité et une communication transparentes entre les dispositifs d’acquisition utilisés et les composants actionneurs dans un système d’automatisation industrielle. Il est également possible d’utiliser des connexions en temps réel. Cette possibilité est essentielle pour les systèmes de bus de terrain tels que PROFIBUS ou EtherCAT, etc.

Adaptation à des besoins spécifiques

Selon le domaine d’application, les contrôleurs de vision industrielle peuvent être adaptés spécifiquement à différentes exigences, grâce à différents composants matériels tels que des processeurs et des supports de stockage.

Ce qui distingue les contrôleurs de vision industrielle et des appareils intelligents

Contrôleurs de vision industrielle

Conviennent aux applications nécessitant plusieurs caméras ou capteurs de profil pour l’évaluation
Temps de traitement réduits grâce à une puissance de calcul plus élevée
L’évaluation de l’image et du profil s’effectue sur le contrôleur
Conviennent aux tâches d’inspection à très haute résolution

Appareils intelligents

Conviennent aux applications nécessitant une seule caméra ou un seul capteur de profil pour l’évaluation
L’évaluation de l’image et du profil s’effectue sur un logiciel préinstallé dans la caméra ou dans le capteur de profil
Affichage des résultats via des interfaces intégrées
Aucun contrôleur de vision industrielle supplémentaire n’est nécessaire

Structure et composants d’un contrôleur de vision industrielle

CPU (processeur)

Le processeur est le cœur du contrôleur de vision industrielle et assure la puissance de calcul. Le choix du processeur adapté s’effectue en fonction de l’application. Les contrôleurs de vision industrielle de wenglor sont équipés de puissants processeurs i7.

Carte mère

Tous les composants nécessaires au fonctionnement d’un PC industriel sont montés sur la carte mère. Il s’agit notamment du processeur, de la mémoire vive, des mémoires de masse, du jeu de puces, de la carte graphique ainsi que des modules pour les interfaces et d’autres composants essentiels.

Mémoire (RAM et disque dur)

La mémoire vive, également appelée RAM (« Random Access Memory »), stocke les données dont le processeur a besoin pour un traitement rapide des informations. La mémoire vive peut être comparée à la cylindrée d’un moteur thermique : Une mémoire vive suffisamment grande permet au processeur de déployer toute sa puissance.

Interfaces

Les contrôleurs disposent de plusieurs interfaces pour communiquer avec les caméras et d’autres appareils, notamment :

RTE
- PROFINET
- Ethernet IP
- EtherCat
Ethernet TCP/IP
UDP
Entrées/sorties numériques
SFTP

Refroidissement

De nombreux PC industriels sont installés dans des endroits très chauds, par ex. dans des fonderies. C’est pourquoi le système de refroidissement doit être efficace pour maintenir les températures à un niveau acceptable. On distingue le refroidissement passif et le refroidissement actif.

Carte graphique

Selon l’application, une carte graphique peut être nécessaire dans les contrôleurs de vision industrielle. Une carte graphique dans un PC industriel joue un rôle important dans le traitement et l’affichage des données.

Les différences entre les interfaces

Ethernet TCP/IP

Ethernet TCP/IP est l’abréviation de « Transmission Control Protocol/Internet Protocol ». Il s’agit d’un protocole de transmission de données qui permet d’adresser de manière fiable des données décomposées en paquets et de les transmettre aux appareils participants raccordés au réseau. Il est garanti que chaque paquet de données arrive à destination. Si ce n’est pas le cas, il sera renvoyé à nouveau.

UDP

UDP (« User Datagram Protocol ») est un protocole réseau qui permet la transmission sans connexion de données dans des réseaux informatiques basés sur IP. Sans connexion signifie que les données sont envoyées sans authentification mutuelle entre l’expéditeur et le récepteur. UDP priorise la vitesse.

SFTP

SFTP (Secure File Transfer Protocol) est un protocole de transfert de fichiers pour les réseaux basés sur IP, utilisé pour transférer des données chiffrées. Généralement, les données sont téléchargées du client vers le serveur et du serveur vers le client.

DIO (entrée/sortie numérique)

Les DIO (« Digital Input/Output ») transmettent les signaux numériques de capteurs ou de caméras, par exemple, de manière efficace et directe à d’autres commandes (API). Par exemple, une séquence d’impulsions déclenche une prise de vue via une entrée numérique. Simultanément, un éclairage peut être déclenché via une sortie numérique.

RTE (Ethernet en temps réel)

RTE (« Real Time Ethernet )» est un environnement Ethernet en temps réel basé sur des protocoles IP, principalement utilisé dans la technique d’automatisation pour connecter des périphériques décentralisés à une commande. Il s’agit notamment de PROFINET, Ethernet IP, EtherCAT. Dans l’automatisation industrielle, on entend par temps de cycle en temps réel des temps de cycle de l’ordre d’une milliseconde.

Exigences pour les contrôleurs équipés d’outils d’IA

Les nouvelles fonctionnalités et les extensions intelligentes fournies par l’IA rendent indispensable l’utilisation ciblée de matériels performants. Avec la bonne combinaison de puissance de calcul et de composants d’IA dédié, les applications avec IA peuvent être considérablement accélérées, généralement de 5 à 10 fois par rapport aux systèmes classiques.

Puissance de calcul et composants matériels

Processeur (CPU)	Les outils d’IA nécessitent souvent une puissance de calcul importante. Le PC industriel doit donc être équipé d’un processeur puissant. Pour les applications de deep learning, les processeurs multi core sont particulièrement avantageux, car ils permettent des calculs parallèles efficaces.
Carte graphique (GPU)	Une GPU puissante est essentielle pour le traitement d’images, en particulier pour les applications avec IA et de deep learning. Les GPU fournissent la puissance de calcul nécessaire pour accélérer efficacement l’apprentissage automatique et les processus de traitement d’images parallèles.
Unité de traitement neuronal (NPU)	Une NPU est un module matériel spécialisé conçu spécifiquement pour accélérer les calculs dans les réseaux neuronaux et les modèles d’apprentissage automatique. Elle est spécialement optimisée pour l’intelligence artificielle, en particulier le deep learning et les processus d’inférence. Les NPU augmentent l’efficacité et la vitesse des applications basées sur l’IA en assurant les tâches de calcul types des processeurs et des GPU, mais avec des performances nettement supérieures et une meilleure efficacité énergétique. Grâce à cette efficacité énergétique améliorée, les pertes de puissance sont moindres par rapport aux GPU, un plus non négligeable dans un environnement industriel, où le refroidissement passif est répandu.
RAM et mémoire	Pour traiter efficacement de grandes quantités de données, il est essentiel de disposer d’une mémoire vive suffisante (au moins 16 Go, idéalement 32 Go ou plus). En particulier, les données d’image provenant de caméras nécessitent beaucoup de mémoire, car elles sont analysées dans la RAM par des algorithmes et des applications basées sur l’IA. Souvent, de nombreuses sources d’images et évaluations fonctionnent en parallèle, ce qui augmente encore la mémoire nécessaire. De plus, les modèles d’IA ne cessent de se développer et nécessitent de plus en plus de capacité. Pour un accès rapide aux données, il est préférable d’utiliser des disques SSD (Solid State Drives).

Outre la puissance de calcul et les composants matériels, l’utilisation d’accélérateurs logiciels d’IA est également cruciale. Par rapport aux solutions logicielles traditionnelles, il est possible d’obtenir des facteurs d’accélération de deux à trois, ce qui augmente considérablement les performances du système. Pour un traitement optimal en temps réel, une coordination étroite entre les composants logiciels et matériels est essentielle pour garantir des temps de processus aussi courts que possible.

Processeur (CPU)
Les outils d’IA nécessitent souvent une puissance de calcul importante. Le PC industriel doit donc être équipé d’un processeur puissant. Pour les applications de deep learning, les processeurs multi core sont particulièrement avantageux, car ils permettent des calculs parallèles efficaces.
Carte graphique (GPU)
Une GPU puissante est essentielle pour le traitement d’images, en particulier pour les applications avec IA et de deep learning. Les GPU fournissent la puissance de calcul nécessaire pour accélérer efficacement l’apprentissage automatique et les processus de traitement d’images parallèles.
Unité de traitement neuronal (NPU)
Une NPU est un module matériel spécialisé conçu spécifiquement pour accélérer les calculs dans les réseaux neuronaux et les modèles d’apprentissage automatique. Elle est spécialement optimisée pour l’intelligence artificielle, en particulier le deep learning et les processus d’inférence. Les NPU augmentent l’efficacité et la vitesse des applications basées sur l’IA en assurant les tâches de calcul types des processeurs et des GPU, mais avec des performances nettement supérieures et une meilleure efficacité énergétique. Grâce à cette efficacité énergétique améliorée, les pertes de puissance sont moindres par rapport aux GPU, un plus non négligeable dans un environnement industriel, où le refroidissement passif est répandu.
RAM et mémoire
Pour traiter efficacement de grandes quantités de données, il est essentiel de disposer d’une mémoire vive suffisante (au moins 16 Go, idéalement 32 Go ou plus). En particulier, les données d’image provenant de caméras nécessitent beaucoup de mémoire, car elles sont analysées dans la RAM par des algorithmes et des applications basées sur l’IA. Souvent, de nombreuses sources d’images et évaluations fonctionnent en parallèle, ce qui augmente encore la mémoire nécessaire. De plus, les modèles d’IA ne cessent de se développer et nécessitent de plus en plus de capacité. Pour un accès rapide aux données, il est préférable d’utiliser des disques SSD (Solid State Drives).

Des composants matériels robustes pour des contrôleurs puissants

Pour une installation stable et fiable, le contrôleur doit résister aux exigences élevées des environnements industriels.

Développement de chaleur et refroidissement : Une puissance de calcul élevée nécessite une dissipation efficace de la chaleur pour éviter la surchauffe et les pannes du système. Les contrôleurs industriels sont souvent équipés de technologies de refroidissement spécialisées, voire de configurations sans ventilateur, particulièrement efficaces dans les environnements poussiéreux et encrassés, tout en réduisant la maintenance.

Pour tirer le meilleur parti d’un PC industriel pour le traitement d’images industriel avec des outils d’IA, il faut tenir compte des exigences relatives aux composants matériels, notamment un processeur, une GPU et une NPU puissants, une RAM suffisante et une mémoire rapide, ainsi que de la compatibilité des logiciels et des interfaces. Il est donc essentiel de choisir un système robuste et fiable qui s’intègre parfaitement à l’environnement industriel et qui offre une grande flexibilité d’extension et d’intégration.

Utilisation flexible de contrôleurs de vision industrielle

Un contrôleur de vision industrielle fait partie d’un système de traitement d’images. Outre le contrôleur de vision industrielle, un système de traitement d’images complet comprend également les composants suivants proposés par wenglor :

Logiciel de traitement d’images uniVision

Capteurs de profil 2D/3D

Caméras de vision industrielle

Technique d’éclairage

Objectifs

Filtres d’objectif

Possibilités d’utilisation des contrôleurs de vision industrielle

Contrôleur de vision industrielle avec caméras de vision industrielle

Inspection visuelle de la qualité « End of Line » de blocs moteurs

Lors de la production de moteurs dans l’industrie automobile, un contrôle de qualité visuel et entièrement automatique « End of line » doit être effectué à la fin de chaque ligne de production. Cela permet d’éviter que des moteurs défectueux ne quittent le convoyeur.

Contrôle des étiquettes sur les emballages de fromages à tartiner

Lors du remplissage de différentes sortes de fromages à tartiner, il convient de s’assurer que le bon couvercle et le bon logo sont apposés sur chaque emballage. Dans la mesure où les sortes de fromage varient plusieurs fois par jour, le couvercle et le contenu doivent être différenciés sans erreur.

Contrôle visuel de la qualité sur des portes intérieures de voitures

Dans l’industrie automobile, la qualité des composants individuels des portes intérieures de voitures, telles que les lève-vitres ou les accoudoirs, doit être contrôlée visuellement pour différents types de portes. À cet effet, un système de vision comprenant plusieurs caméras, objectifs, éclairages et une unité de contrôle est installé.

Contrôleur de vision industrielle avec capteurs de profils 2D/3D

Mesure de la largeur de bandes d’acier

Contrôle de la hauteur et de la largeur des produits de boulangerie

Dans le cadre de la fabrication de produits de boulangerie avec glaçage au chocolat, la hauteur et la largeur exactes des pièces de pâtisserie doivent être déterminées pour le contrôle de la qualité. Pour cela, un capteur de profil 2D/3D à grande plage de mesure est installé au-dessus du convoyeur, qui mesure tous les biscuits sur toute la largeur de la bande avec une précision de l’ordre du micromètre.

Mesure des bords de parquets flottants

Lors de la fabrication de parquet flottant, la qualité de la géométrie des lames doit être garantie sans faille pendant l’exploitation. Plus les bords à encliqueter sont assemblés avec précision, plus la qualité de finition sera élevée. Cependant, les outils de fraisage utilisés s’usent avec le temps, ce qui engendre des pertes.

Comparaison des produits

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