スマート3Dビジョンでロボット知能を向上

これまで視覚技術は主に2D画像センサの進化を背景に発展してきましたが、現在では産業自動化の要として欠かせない存在となっています。この技術はロボットの活用範囲を大幅に広げ、生産現場における効率性と効果を劇的に高める原動力となっています。特に3Dビジョン技術の分野では、視覚誘導型ロボットが部品を正確に認識し、最適な用途を判断して、複雑なアセンブリ作業を自動で完了できるようになりました。開発の各段階を通じて、多くの企業が視覚技術を採用し、生産プロセスの効率化という直接的な利益だけでなく、顧客満足度向上という間接的な価値も実現しています。

プロジェクト概要

ポストパンデミック時代に、世界を席巻した「止められない力」があります。それは、もちろんオンラインショッピングです。この分野は急速に成長し、eコマースプラットフォームに火花を散らしながら広がりを見せています。ポストパンデミック後のeコマースの成長は、2022年には15％に達し、1,0450億ドル（eMarketer推定）に達すると予測されています。今や、販売されている商品やサービスは、消費者の自宅に直接配送できるものなら何でも含まれています。

eコマース企業にとって、売上の好調な予測は有益な情報ですが、それと同時に、倉庫レベルでより効率的な物流システムの必要性をも明確に示しています。

典型的なプロセスは、カメラとコンピュータ、およびそれに関連するソフトウェアで構成されます。視覚誘導型ロボット（VGR）システムの典型例では、視覚システム（カメラとソフトウェア）が、コンベア上にある部品の位置を特定するように設定されています。視覚システムは部品の位置を認識し、その座標をロボットに送信します。ロボットは、その座標情報を基に、取り付けられたグリッパーをターゲット部品の上に配置し、部品を選択します。このプロセスにより、高精度で効率的な部品選定が可能になります。

一見シンプルに思えるこのシステムですが、実際には視覚システムを統合する際に、カメラの種類とシステムの期待に合った調整が求められます。この統合の難しさは、多くの場合、インテグレータやソリューションビルダーの知識不足から生じることがほとんどです。視覚誘導型ロボット（VGR）システムと比較すると、従来の自動化は、連続生産、大型単品サイズ、限られた柔軟性が特徴です。新たな要素を従来の生産ラインに導入することは、時間とコストがかかるプロセスであり、しばしば大きな投資を伴います。

視覚誘導型ロボット（VGR）システムは、最小限の機械設定で運用可能であり、部品のピックアップ位置を設定する必要すらなくなることがあります。このシステムは、形状やサイズが異なる部品を必要に応じて選別し、配置することができます。視覚システムを実装する柔軟性と汎用性は、より効果的な運用プロセスを実現するための重要な要素です。このシステムが提供する追加の利点には、以下が含まれます：

• 高い機械効率、信頼性、柔軟性
• 手作業の削減
• 品質管理への応用
• 高い残存価値

システム要件

企業の品質管理は、従来、視覚的な検査モデルに頼ってきましたが、従来の機械視覚システムでは、似たような部品間で高い変動があるサンプルに対して欠陥を検出する際に、故障率が高くなるという課題があります。これに対し、スマート技術を組み合わせた検査プロセスの強化により、より高精度な検出結果を提供できます。従来の機械視覚システムは、コンピュータビジョン技術を用いたルールベースのアルゴリズムに依存していましたが、スマート3Dロボット視覚検査システムは、学習データに基づいて欠陥を判別するため、複雑な変動にも柔軟に対応し、より精度の高い欠陥検出が可能となります。

ある物流およびサプライチェーン管理企業では、倉庫内の物流業務において3Dロボット視覚システムを導入することを計画していました。主な目的は、在庫をサイズ別に分類し、不良品を検出することです。お客様は、ピースピッキングおよびビンピッキングアプリケーションに対応できる3Dカメラをサポートする視覚システムを求めていました。お客様の企業倉庫には、24時間稼働する複数のコンベアが設置されており、その中央にはロボットアームと10GigE産業用3Dカメラの設置場所があり、制御システムはロボットアームから10メートル離れた位置に配置されています。従来の視覚技術には限界があり、3Dカメラのデータ伝送方法には、最大5メートルの距離制限があるカメラリンク（PoCL）ケーブルが使用されていました。この方法では、高速なデータ転送と、それに伴うロボットアームの動作を同時に処理することができませんでした。リアルタイムでのロボット視覚検査をスマート技術を活用して実現するため、お客様はエッジで大きな計算能力と、画像データを保存するための大容量ストレージ、およびデータ伝送に必要な帯域幅を備えたソリューションを必要としていました。

システム導入

アドバンテックの総合的な3Dロボット視覚ソリューションは、フレームグラバー（PCIE-1182）、GPUカード（NVIDIA A100 GPU）、システムサーバ（SKY-640V2）、およびエンジンの動作モードを制御するモーションコントローラで構成されています。3Dカメラとセンサーはパッケージコンベアの上に配置され、高解像度の画像と点群データ（5Mピクセル、16fps、RGBD）が取得され、300MB/s相当のデータがPCIE-1182を通じて産業用サーバーSKY-640V2に送信され、GPUがFP64テンソルコアで19.5 TOPsの性能を発揮し、リアルタイムで分析されます。視覚コンピューティングワークフローを駆動するために、画像解析は高性能GPUとMicron製の高帯域幅・低遅延のシステムメモリによって加速され、優れたリアルタイムコラボレーションを実現します。さらに、この柔軟性の高いソリューションは、アドバンテックのPCIE-1182に搭載されたPoE技術を活用することで、互換性や特別な配線の問題を排除します。PoE技術を使用することで、フレームグラバーは3Dカメラに直接接続でき、Cat 6ケーブルを介して、5メートル以上の距離でも安定した接続が保証されます。

SKY-640V2は、第3世代のIntel® Xeon® Scalableプロセッサを搭載した4Uラックマウントサーバです。4つのPCIe x16ダブルデックカードおよび3つのPCIe x8シングルデックカードを提供し、高い拡張性を提供します。また、Micronの16x DDR4 3200 MHz ECC RDIMM/LRDIMMメモリを搭載しており、最大2TBまでのメモリ拡張が可能です。

豊富な拡張スロットを搭載しており、柔軟性を求めるアプリケーションに最適です。これにより、フレームグラバーやモーションコントロールカードを同時に使用することができ、複雑な運用や多機能なシステムの実現が可能となります。

導入結果

アドバンテックの包括的な3Dロボット視覚ソリューションは、お客様の要求を完璧に満たしました。フレームグラバー、モーションコントロールカード、GPUカード、サーバシステムが全て互換性を備え、最新の10GigE 3Dカメラ技術により、PCIE-1182フレームグラバーで正確にキャプチャされた画像が、SKY-640V2サーバに送信され、リアルタイムで不良製品の識別が行われました。このシステムは、複雑なロボットの動作制御、高性能コンピューティング、そしてスマート推論をSKY-640V2でローカルに実行します。Intel® Xeon® Scalableプロセッサ、Micron®のDDR4 RDIMM/LRDIMMモジュール、および多くのPCIe拡張スロットにより、高性能なグラフィック解析が可能となっています。さらに、SKY-640V2サーバーの高い計算能力がロボットアームに伝播され、作業効率が向上しました。加えて、スマートテクノロジーの活用により、予測分析による保守措置が開始され、パッケージの幾何学的配置の識別に役立つだけでなく、設備の劣化測定を通じて機器の維持にも貢献しています。アドバンテックの3Dロボット視覚ソリューションを活用することで、物流検査システムの更新が成功裏に実施され、効率的な物流運用の実例となりました。

産業指数（IQ）パートナー：Micron Technology