産業機械分野の顧客向け、振動フィーダー上の部品をカメラで数えるシステム(Machine Vision Counter)

課題の背景

この事例の課題は、振動レール式ワークフィーダー上のワークを設定数量どおりにカウントし、数量に達したら機械の供給を停止させることです。お客様は産業機械分野の企業で、レール上のワークは5種類あり、複数のレーンを同時に流れてきます。

プログラムの試験基準では、すべての種類のワークについて「過不足なし」でカウントできることが定められていました。カウントに過不足があると、数量ごとにワークを分ける作業で、数え直しや後からの修正が必要になります。

要件と制約

システムはお客様の機械上で動作し、プログラムを修正することなく機械の前で使用できる必要があります。主な要件と制約は次のとおりです。

• 5種類のワークのカウント：サイズ違いの平たい円形、中央に穴があるタイプ、キャップタイプ
• ワークは複数のレーンを同時に流れてくるため、カウントはレールのレーン別に行う必要があります。
• 機械の前のユーザーが、ワーク品種の選択、カウント数の設定（Set Count）、新しい品種の追加を自ら行える必要があります。
• システムはInput 1チャンネルとOutput 2チャンネルの信号で機械と接続する必要があります。
• 機器一式には、機械の主電源系統に接続する24V電源系統を使用する必要があります。

カメラで複数品種・複数レーンのワークをどのようにカウントするのか

システムは処理を2つに分けて、複数品種・複数レーンのワークをカウントします。品種ごとの検出モデルが画像内のワークを見つけ、カウントはレールに沿ってレーン分割した画像上のカウントライン（Line Counter）で行います。ワークがラインを通過すると、プログラムはカウントを一つ加算します。

当社がこの方式を選んだのは、ワークの種類が多く、機械の前で品種を切り替える必要があるためです。品種ごとに専用のモデルを持たせることで、ユーザーは画面から新しい品種を追加できます。一方、カウントと信号の送出は引き続きカウントラインとユーザーが設定した数量に基づいて行われるため、ユーザーはシステムがどのルールでカウントしているかを確認できます。

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   ワーク品種の追加とモデルの学習

   Training画面で、ユーザーはカメラがサンプル画像（Snapshot）を撮影する枚数と間隔を設定し、ワークの画像とワークのないレールの背景画像から検出モデルを学習させます。マニュアルでは、ワーク画像を品種あたり200枚以上用意することを推奨しています。その後、Add Product画面でサンプル画像とともに新しい品種として保存します。

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   画像領域とカウントラインをレールに合わせて設定

   システムの設定担当者は、カウントに使用する画像の範囲を指定し、振動レールのレーンに合わせて画像をレーンに分割し、画像上にカウントライン（Line Counter）を配置します。

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   品種の選択とカウント数の設定

   ユーザーは一覧からワーク品種を選択し、必要な数量（Set Count）を入力してProcessを押します。画面には2つのカウンターと合計が表示され、カウント中に使用できるStopボタンとResetボタンがあります。

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   機械へ供給停止の信号を送信

   カウント完了が近づくと、システムは第一のOutputチャンネルを送り、機械のメインレールを停止させます。カウントが完了すると、第二のOutputチャンネルを送り、機械の補充レールを停止させます。Tower Lightが約4秒間緑色に点灯し、その後プログラムは新しいカウントサイクルを開始します。

機械のResetボタンはInput 1チャンネルとして接続されているため、ユーザーは機械の前でカウンターをリセットできます。カウント数の設定とリセット操作はユーザー自身が行い、システムはユーザーが設定した値に従ってカウントと信号の送出を行います。

納入物

当社は、Vision Countingプログラム、お客様の機械に設置する機器一式、ユーザー向けドキュメントを納入しました。納入内容は次のとおりです。

• Vision Countingプログラム：ワークカウント画面、ワーク品種の追加・編集・削除画面、サンプル画像の撮影とモデル学習を行うTraining画面
• ハードウェア：Global Shutterカメラ、レンズ、照明5セット、処理ユニット（Processing Unit）、モニター、ルーター
• 設置：振動レール上方のポールへのカメラ取り付け、カメラの位置調整、24V電源系統と機械の主電源系統の接続
• 機械との接続：ResetボタンからのInput 1チャンネル、供給レール停止用のOutput 2チャンネル、Tower Light
• ドキュメント：操作マニュアルと作業チェックリスト（Check List）8項目。機械、プログラム、カメラの電源オン/オフ、サンプルワークのカウント、Input/Output信号を対象としています。

実施手順

この案件は2016年から2017年にかけて実施しました。プログラムの開発と試験から始め、実機での試験設置を行い、その後機器一式を納入して機械に合わせてシステムを調整しました。作業の流れは次のとおりです。

1. 2016年9月–11月：Vision Countingプログラムの開発、操作マニュアルの作成、5種類のワークでのカウント試験
2. 2016年12月：機械へのシステムの試験設置
3. 2017年1月：機器一式の納入、画像上のレーンとレールの位置合わせ、機械とのInput/Output信号の動作の定義
4. 2017年5月：24V電源系統と機械の主電源系統の接続、作業チェックリスト8項目の作成、最終段階の作業の完了

設置と作業完了から確認できた成果

当社は実機にMachine Vision Counterを設置して試験を行い、2017年1月に機器一式を納入し、2017年5月に最終段階の作業を完了しました。機械の前のユーザーは、ワーク品種の選択、カウント数の設定、新しい品種の追加を自ら行えます。

このページでは精度の数値を示していません。数値としての測定を行っていないためです。納入したものは、機器一式、操作マニュアル、システム確認用の作業チェックリスト（Check List）8項目です。

私たちが学んだこと

この案件から得られた、機械上でのカメラによるワークカウントの原則は次のとおりです。

• 正確にカウントするには、まずワークがレーン内に収まっている必要があります。現場での試験中、レーンから外れたワークはカウントされませんでした。そのため、機械の仕切りレールの配置と画像上のレーン分割は、機械メーカーと一緒に設計する必要があります。
• カメラの位置と照明は実機で確定する必要があります。この案件では、カメラの設置位置を確定するまでに複数回の現場訪問が必要でした。そのため、計画には現場での調整時間を見込み、試験開始前にお客様と作業チェックリストを決めておくことが望まれます。
• モデルの役割をカウントルールから切り離します。モデルは画像内のワークを見つけ、カウントライン、設定数量、Input/Output信号は確認可能なルールとします。これによりユーザーは機械が停止した理由を把握でき、機械の前でリセットできます。

この方式をお客様の機械に適用するには

お客様の機械がワークをレーン状に供給し、数量に達したら停止する必要がある場合は、この事例と同じ方式を使用できます。つまり、モデルでワークを見つけ、レーン分割した画像上のカウントラインでカウントし、機械へ信号を送ります。調整が必要なのは、照明、カメラの位置、お客様の機械の信号です。

• モデル学習用の撮影に十分なサンプルワークを全品種について用意します。背景画像用にワークのないレールも用意します。
• 機械の仕切りレールでワークをレーン内に収められるかを確認します。
• 機械のInput/Output信号と電源系統について、早い段階で機械メーカーと取り決めます。