thigiacmay.comMột xưởng lắp ráp mua sáu smart camera cho sáu trạm kiểm tra. Hai năm sau, họ muốn thêm kiểm tra bằng học sâu và ghép ảnh từ hai camera để đo chi tiết dài. Smart camera không làm được việc ghép ảnh, còn mua thêm bản có AI thì chi phí gần bằng dựng lại cả hệ. Trong khi đó, một xưởng khác dùng một máy tính cho tám camera lại phải cử người trực vì máy tính đặt sai chỗ, nóng và treo mỗi tuần.
Khi triển khai thị giác máy, câu hỏi đầu tiên không phải là "camera bao nhiêu megapixel" mà là kiến trúc: dùng smart camera (cảm biến, bộ xử lý, phần mềm và I/O nằm chung một hộp) hay dùng camera công nghiệp nối về máy tính (camera chỉ chụp, máy tính xử lý). Cả hai đều đúng, cho những bài toán khác nhau. Chọn sai kiến trúc thì về sau mở rộng rất tốn.
Bài này đặt hai cách làm cạnh nhau bằng số liệu thật: smart camera Cognex In-Sight 3800, camera Basler ace 2 và máy tính Advantech MIC-770 V2.
Smart camera: mọi thứ trong một hộp
Theo tài liệu tham chiếu của Cognex, In-Sight 3800 có:
- Cảm biến: nhiều lựa chọn từ 1,6 MP tới 16 MP, màn trập toàn cục (global shutter). Bản 1,6 MP đơn sắc (1440 × 1080) chụp tối đa 125 khung/giây; bản 5 MP đơn sắc (2448 × 2048) tối đa 32 khung/giây.
- Kết nối: 2 cổng Ethernet Gigabit (một cổng hỗ trợ TSN), giao thức EtherNet/IP, PROFINET (Class B), SLMP để nói chuyện trực tiếp với PLC.
- I/O: 1 đầu vào trigger cách ly quang, tới 3 đầu vào đa năng và 4 đầu ra tốc độ cao qua cáp chia; cấp 24 VDC, 1 A cho đèn ngoài.
- Nguồn và lưu trữ: 24 VDC ±10%, tối đa 2,0 A; 7,2 GB bộ nhớ flash cho chương trình.
- Môi trường: IP67 khi lắp đủ cáp và nắp bảo vệ; nhiệt độ vỏ 0–40 °C.
Ưu điểm lớn nhất: gọn và chắc. Một cáp mạng, một cáp nguồn và I/O, không có máy tính nào phải lo cập nhật Windows. Chương trình kiểm tra nằm trong camera, thay camera hỏng là nạp lại chương trình. Kỹ sư dây chuyền có thể tự chỉnh bằng giao diện của hãng mà không cần lập trình.
Giới hạn nằm ở chính chữ "một hộp": mỗi camera chỉ xử lý ảnh của nó. Ghép ảnh nhiều camera, chạy mô hình học sâu tự huấn luyện, lưu ảnh lỗi dài ngày để truy vết đều phụ thuộc vào những gì hãng đã đưa vào phần mềm. Để ý thêm dòng nhiệt độ: 0–40 °C là nhiệt độ vỏ camera, mà vỏ tự nóng lên khi chạy, nên nhiệt độ không khí xung quanh cho phép còn thấp hơn.
Camera nối máy tính: tách phần chụp và phần xử lý
Camera công nghiệp như Basler ace 2 a2A1920-51gcBAS chỉ làm một việc: chụp ảnh chất lượng cao và gửi về. Theo trang sản phẩm của Basler, camera này có độ phân giải 1920 × 1200 (2,3 MP), điểm ảnh 3,45 µm, tốc độ 51 khung/giây, giao tiếp GigE. Toàn bộ xử lý nằm ở máy tính.
Máy tính cho hệ này phải có đủ cổng mạng, sức xử lý và khả năng mở rộng. Lấy Advantech MIC-770 V2 làm ví dụ, datasheet ghi:
- CPU Intel Core thế hệ 10 (tới i9) hoặc Xeon, đế cắm LGA1200.
- 2 cổng LAN sẵn có; mô-đun FlexIO tuỳ chọn thêm 4 cổng 1 GbE, 4 cổng 2.5 GbE hoặc bản 4 cổng PoE, đủ nối nhiều camera GigE.
- Mô-đun mở rộng i-Module thêm khe PCIe cho card GPU, card thu hình hoặc card mạng tốc độ cao.
- Nhiệt độ −10 đến 60 °C với CPU 35 W, SSD công nghiệp và luồng gió 0,7 m/s; nguồn 9–36 VDC; vỏ chống bụi IP40.
Ưu điểm: một máy tính gom nhiều camera, ghép ảnh, chạy thư viện xử lý ảnh hoặc mô hình học sâu tuỳ ý, lưu ảnh lên ổ cứng lớn, nối cơ sở dữ liệu nhà máy. Nâng cấp thuật toán là cập nhật phần mềm, không phải thay camera. Nhược điểm: thêm một thiết bị phải quản lý (hệ điều hành, bản vá, sao lưu), và cần người biết lập trình hoặc cấu hình phần mềm thị giác.
So sánh theo tiêu chí
| Tiêu chí | Smart camera | Camera + máy tính |
|---|---|---|
| Số camera mỗi trạm | Một camera, một bài toán | Nhiều camera trên một máy tính |
| Thuật toán | Công cụ có sẵn của hãng | Thư viện tuỳ chọn, học sâu tự huấn luyện |
| Ghép ảnh nhiều camera | Hạn chế | Làm được |
| Lưu ảnh dài ngày | Qua thiết bị mạng bên ngoài | Ổ cứng máy tính |
| Nối PLC | Có sẵn EtherNet/IP, PROFINET | Qua phần mềm hoặc card, cần cấu hình |
| Lắp đặt | Gọn, ít dây | Thêm tủ cho máy tính, cáp camera dài |
| Nhiệt độ | Vỏ camera 0–40 °C (In-Sight 3800) | Máy tính −10–60 °C trong tủ (MIC-770 V2, có gió) |
| Người vận hành | Kỹ sư dây chuyền tự chỉnh được | Cần người biết phần mềm thị giác |
Chọn thế nào?
Nên dùng smart camera khi
- Mỗi trạm chỉ cần một camera, bài toán rõ ràng: đọc mã, kiểm có/không, định vị, đếm, kiểm nhãn.
- Nhà máy không có người chuyên về phần mềm thị giác, muốn kỹ sư bảo trì tự thay và nạp lại chương trình.
- Vị trí lắp chật, khó đặt thêm tủ máy tính.
Nên dùng camera nối máy tính khi
- Một trạm cần nhiều camera nhìn nhiều mặt, hoặc cần ghép ảnh để đo vật dài.
- Cần học sâu cho lỗi bề mặt khó định nghĩa bằng luật, hoặc muốn tự huấn luyện mô hình.
- Cần lưu toàn bộ ảnh để truy vết chất lượng, nối với MES.
- Dự kiến mở rộng thêm camera, thêm thuật toán trong vài năm tới.
Nhiều nhà máy dùng cả hai: smart camera cho các trạm đơn giản (đọc mã, kiểm nhãn như trong bài kiểm tra bao bì bằng thị giác máy), hệ máy tính cho trạm kiểm tra chính của sản phẩm.
Phần "công nghiệp" của hệ camera nối máy tính
Trường hợp máy tính treo mỗi tuần ở đầu bài là lỗi phổ biến nhất của kiến trúc này: dùng máy tính để bàn, đặt dưới băng tải, hút bụi, quạt tắc, nóng. Ba việc nên làm:
- Máy tính công nghiệp không quạt hoặc quạt có lọc, đặt trong tủ có thông gió, nguồn DC dải rộng. Dải nhiệt của MIC-770 V2 ghi rõ điều kiện gió 0,7 m/s: tủ kín hoàn toàn không đạt.
- Tính băng thông trước khi chọn cổng. Theo phép tính của chúng tôi: một camera 1920 × 1200 đơn sắc 8 bit chạy 51 khung/giây sinh khoảng 117 MB/s, gần bằng toàn bộ một cổng Gigabit. Mỗi camera nên có cổng riêng hoặc dùng cổng 2,5 GbE. Cách tính chi tiết có trong bài máy tính cho hệ thống thị giác máy: PoE, băng thông và GPU.
- Tách máy tính thị giác khỏi mạng văn phòng, khoá cập nhật hệ điều hành tự động trong giờ sản xuất, có bản sao ổ đĩa để thay nhanh khi hỏng.
Với smart camera, việc tương ứng là giữ nhiệt độ quanh camera thấp: tránh gắn sát lò sấy, đèn công suất lớn hay mái tôn. Các bước dựng một hệ thị giác từ đầu có trong bài làm thế nào để xây dựng một hệ thống thị giác máy.
Chi phí: đừng chỉ so giá mua
Một smart camera thường đắt hơn một camera công nghiệp cùng độ phân giải, vì đã gồm bộ xử lý và phần mềm. Nhưng khi có từ ba, bốn camera trở lên trong cùng khu vực, một máy tính dùng chung có thể làm tổng chi phí thiết bị thấp hơn. Ngược lại, hệ máy tính tốn thêm chi phí phát triển phần mềm và bảo trì hệ điều hành. Nên tính chi phí trên 5 năm: thiết bị, phần mềm, công lập trình, thời gian dừng máy khi hỏng, và chi phí mở rộng dự kiến.
Câu hỏi thường gặp
Smart camera có chạy được học sâu không?
Nhiều dòng smart camera mới có công cụ AI do hãng cung cấp. Giới hạn là chỉ dùng được công cụ của hãng trong khả năng tính toán của camera; mô hình tự phát triển hoặc mô hình lớn thường cần máy tính có GPU.
Một máy tính chạy được bao nhiêu camera?
Phụ thuộc băng thông cổng, độ phân giải, tốc độ khung và thuật toán. Cách làm đúng là tính tổng băng thông, rồi chạy thử thuật toán thật trên cấu hình máy dự kiến với số camera đầy đủ.
Camera hỏng thì thay thế nào?
Smart camera: thay camera cùng model, nạp lại chương trình đã sao lưu. Camera nối máy tính: thay camera cùng model, phần mềm thường nhận lại theo cấu hình; chương trình nằm ở máy tính nên không mất.
IPC247 hỗ trợ gì
IPC247 phân phối máy tính công nghiệp, máy tính GPU và card mạng cho hệ thống thị giác máy. Chúng tôi tư vấn cấu hình theo số camera, băng thông và thuật toán, cho mượn máy chạy thử theo thoả thuận từng dự án với camera và phần mềm thật, giao hàng và hỗ trợ kỹ thuật khi lắp đặt. Gửi cho chúng tôi mô tả trạm kiểm tra và số camera dự kiến để nhận đề xuất.
