Gerhard Schubert GmbH

L’œil expert des machines TLM

Comment les robots des machines d'emballage entièrement automatiques de Schubert savent-ils quel produit ils doivent prendre et déposer, quand et comment ? Ils possèdent une faculté de vision. Sur les installations TLM, la fonction de l’œil humain est assurée par la reconnaissance d’images. L’équipe du Dr Abdelmalek Nasraoui, Directeur du développement traitement d’images chez Schubert, travaille jour après jour à ses systèmes de vision afin que les robots disposent de toutes les informations nécessaires à l’emballage efficient et de haute qualité des produits de tous les secteurs. Schubert est considéré comme un pionnier du traitement d’images dans l’industrie de l’emballage et développe continuellement ses propres technologies.

Comment les robots des machines d’emballage entièrement automatiques de Schubert savent-ils quel produit ils doivent prendre et déposer, quand et comment ? Ils possèdent une faculté de vision. Sur les installations TLM, la fonction de l’œil humain est assurée par la reconnaissance d’images. L’équipe du Dr Abdelmalek Nasraoui, Directeur du développement traitement d’images chez Schubert, travaille jour après jour à ses systèmes de vision afin que les robots disposent de toutes les informations nécessaires à l’emballage efficient et de haute qualité des produits de tous les secteurs. Schubert est considéré comme un pionnier du traitement d’images dans l’industrie de l’emballage et développe continuellement ses propres technologies.

Le nouveau système de caméras 3D réalise le souhait de « prise dans la caisse » entièrement automatisée pour les produits complexes, dans n’importe quelle position. Qu’ils arrivent dans la ligne en vrac, décalés ou superposés – quatre caméras et deux projecteurs de motifs lumineux du système de traitement d’images 3D détectent précisément la position, la hauteur et l’orientation des produits entrants de toutes formes et couleurs. L’outil de robot est ainsi en mesure de prendre avec précision les composants amenés sans format, ce qui rend superflus les systèmes complexes de tri et de séparation. Après chaque intervention du robot, les objets sont de nouveau détectés en trois dimensions, ce qui permet de calculer la position ainsi que l’orientation du produit suivant à ramasser. Pour cette raison, le ramassage des produits fonctionne en toute fiabilité, même si la prise d’un produit a modifié la disposition des autres.

Le nouveau système de caméras haute performance génère des images 3D à très haute résolution en quelques fractions de seconde. Le système peut ainsi reconnaître rapidement la hauteur et la qualité d’un objet, en plus de sa position et de son orientation. Ceci assure le ramassage des produits par les robots dans l’espace tridimensionnel, quelle que soit la position des produits. Les deux paires de caméras offrent la meilleure vue panoramique et moins de trous dans l’image que les systèmes de caméras 3D classiques à une seule prise de vue. En outre, un projecteur envoyant un motif lumineux aléatoire sur les produits est intercalé entre chacune des caméras. Une combinaison intelligente de la projection du motif lumineux et du traitement d’images en stéréo permet d’obtenir des nuages de points optimaux. Le contrôle de hauteur et de surface occupe une fonction centrale dans la reconnaissance des produits à l’intérieur de l’espace 3D et dans leur évaluation qualitative.

Les données d’images du système de vision et le profil de hauteur sont affichés sur le terminal opérateur. Chaque produit à détecter est caractérisé par un jeu de paramètres correspondant, accessible pour le conducteur de ligne via un menu spécifique. La nature et le nombre des paramètres sont fonction de l’application et peuvent être adaptés individuellement. Ils sont définis à l’avance selon la tâche à accomplir et enregistrés dans la commande. Aucune adaptation n’est nécessaire en cours de fonctionnement.

Le nouveau système de caméras 3D de Schubert permet une alimentation des composants sans format grâce à une fonction de « prise dans la caisse » mise en œuvre pour les produits complexes arrivant dans n’importe quelle position.

Une vitesse plus élevée grâce aux puissants processeurs du scanner 3D

Ce nouveau système de caméras 3D a été développé par les ingénieurs de Schubert sur la base des systèmes de traitement d’images déjà existants dans l’entreprise. Depuis le début des années 1980, Schubert travaille au développement du traitement d’images pour les robots d’emballage. Les scanners à lumière transmise, à lumière incidente et à lumière incidente en couleur ont été suivis en 2014 par le scanner 3D, qui a porté la reconnaissance des produits et le contrôle qualité à un nouveau niveau de performance. Les spécialistes de Crailsheim ont également développé ce scanner 3D, déjà commercialisé avec succès, et l’ont récemment optimisé davantage. À l’avenir, le scanner 3D fournira une résolution encore plus élevée. Outre la qualité d’image améliorée, le scanner 3D optimisé se montre également convaincant par un débit plus élevé. « Grâce à des implémentations matérielles intelligentes d’algorithmes de traitement d’images 3D, nous pouvons maintenant traiter les grands volumes de données d’images 3D encore plus rapidement », explique Abdelmalek Nasraoui. Le scanner 3D de Schubert est unique au monde : Il fournit des images en couleur et en hauteur et est disponible en différentes « longueurs » en tant que composant système compact, selon la largeur de la bande de l’installation. Le scanner 3D est équipé de caméras linéaires couleurs haute résolution et de projecteurs de motifs lumineux montés en alternance tous les 100 mm. Chaque caméra partage la moitié de son champ de vision avec sa voisine. Selon le principe de la stéréoscopie, il y a deux images de chaque produit sous différents angles de vision. La hauteur des produits est calculée à partir de ces images, de même qu’à partir des motifs lumineux. Ce système redondant confère une sécurité maximale à l’installation. Dès que les produits ont quitté la zone située sous le scanner, les données 3D sont disponibles.

Le scanner 3D de Schubert, unique au monde : représentation schématique des capteurs et projecteurs avec les chevauchements des champs de vision des capteurs, ainsi que les chevauchements des zones balayées par le faisceau.

L'avenir avec l'IA : L'intelligence artificielle dans l'assurance qualité

Les experts du traitement d’images de Schubert étudient actuellement en outre un système intelligent pour l’assurance qualité. Intelligence artificielle (IA) et Deep Learning sont les mots clés : les réseaux neuronaux (en particulier les CNN, Convolutional Neural Networks) doivent être préalablement soumis à un entraînement avec plusieurs milliers d’images de produits pour être ensuite capables de reconnaître eux-mêmes si un produit particulier répond aux critères de qualité pour être ensuite traité dans le processus d’emballage. « Les produits de pâtisserie et biscuiterie présentent une grande variabilité de forme et de surface. En outre, il existe une multitude de défauts possibles par catégorie de produits. Du fait de ces deux facteurs, la description mathématique des caractéristiques de forme et de qualité représente un défi. Les réseaux neuronaux sont de plus en plus utilisés dans ce domaine comme un outil puissant pour maîtriser des tâches aussi complexes », explique Abdelmalek Nasraoui. Comme pour le scanner 3D et le nouveau système de caméras 3D, de nouvelles étapes du traitement d’images de l’entreprise seront franchies avec la mise en place des réseaux neuronaux dans les machines d’emballage de Schubert.

Grâce au nouveau système de caméras, l’alimentation fonctionne de manière fiable, même si la prise d’un produit modifie la disposition des autres produits.