A laborautomatizálás alkalmazási területei

Az előző cikkünk folytatásaként most bemutatunk néhány példát az automatizált, kamerákon alapuló laboralkalmazásokra.

Process automation

  1. Folyamat automatizálása

Ez magában foglalja az általános kamera alkalmazásokat, amelyek képalkotást és adatokat generálnak, nem pusztán analitikus, hanem folyamat támogató célokra is, pl. vonalkód / mátrix kód olvasásra. Ez magában foglalhatja a páciens minta ampullájának egyszerű azonosítását vagy a használt reagensből származó adatok továbbítását, amelyre a készüléknek szüksége van az elemzések elvégzéséhez. Egy központosított laboratóriumi információs rendszerrel történő munka során a megfelelő eredményeket automatikusan az adott páciens minta készletéhez rendelik és digitálisan kezelik.

Számos laboratóriumi eszköz folyékony vizsgálati anyaggal működik. Az alkalmazási területtől függően ebben az úgynevezett folyadékkezelési folyamatban különböző paramétereket kell meghatározni és/vagy ellenőrizni. Ez lehet pl. a folyadék állapota, az injekciós üveg típusa, a fedelet színe a tesztanyag belsejében (pl. szérum vagy vérrel telt injekciós üveg), vagy színtulajdonságok/rétegek vagy szabálytalanságok (buborékok, hab) a folyadékban. A kamerák előnyökkel járhatnak, hiszen alkalmazásuknál nem szükséges kapcsolatba lépni a mintával és eltávolítani a fedelet, ellentétben más módszerekkel, mint például a folyadék állapotának kapacitív meghatározásánál. Ez megelőzi a szennyeződést és lehetővé teszi a nagyobb áramlási sebességet.

  1. Automatizált mikroszkópia

Az automatizált mikroszkópia magában foglalja az in vitro diagnosztikában (IVD) használt fény- és fluoreszcens mikroszkóp alkalmazásokat, az élettudományokat, a gyógyszerészeti kutatásokat és a digitális patológiát.

A különböző gyártók a kamerarendszereket használják az autoimmun betegségek diagnosztizálására, vagy a hematológiában ezzel diagnosztizálják a vér és vérképző szervek betegségeit, akárcsak a digitális patológiában. A patológusok szöveti szakaszokat vagy sejtmintákat vizsgálnak patológiai változásokra. Így mikroszkóppal megvizsgálható diákat készítenek a betegségekre vonatkozó következtetések levonására, és értékes információkat szolgáltatnak a diagnózis és a terápiás opciók számára, amelyek más eszközökkel, például a radiológiában nem feltétlenül észlelhetők.

Különböző célokra további automatikus mikroszkóp rendszerek állnak rendelkezésre. A kis eszköztől, amelyet az egyszerű sejtszámláláshoz használnak, egészen az olyan rendszerekig, amelyeket közvetlenül az inkubátorokban használnak, és manuális beavatkozás nélkül lehetővé teszik az időfüggő életcélképalkotást akár a nagyfelbontású szűrőrendszerekig.

Advertisements

Automatizálás a laboratóriumokban

A technika és az orvostudomány fejlődésnek köszönhetően az elmúlt évtizedekben az emberek várható élettartama jelentősen megnőtt. A nagyméretű kórházakban és laboratóriumokban használt egyre fejlettebb berendezések számos értékelési és elemzési feladatban nyújtanak támogatást.

Wider availability

A machine vision alkalmazása a laboratóriumokban

A laboratóriumi automatizálás koncepciója sokféleképpen értelmezhető, és különböző feladatokat foglal magában: egyszerű alkalmazásoktól, mint például a mérés, egészen a komplex robot- és analitikai rendszerekig. Ez számos orvosi, tudományos, gyógyszerészeti és analitikai területen eredményezi a kamerarendszerek alkalmazását. Az ilyen alkalmazások közül némelyik nyilvánvalóan felismerhető, míg mások a háttérben futnak, és információt nyújtanak a kapott diagnózisról. Mások viszont olyan eszközöket támogatnak, amelyek az eszközökön belül vannak, és nem közvetlenül kapcsolódnak a tényleges észlelési folyamathoz. Ezek az alkalmazások a vonalkód egyszerű beolvasásától a lézeres technológiák támogatásán át, a sejttechnológiás komplex folyamatokig terjednek, amelyek lehetővé teszik a tudósok számára a betegségek eredetének megismerését. Ezáltal lehetőség nyílik új, korszerű diagnosztikai eljárások, és terápiák kifejlesztésére.

A kórházi és kutatólaboratóriumok egyre inkább követik az automatizálás trendjét. Az alábbiakban ennek a fejlődésnek az alapvető mozgatórugóit szedtük össze.

  1. Fokozódó költségnyomás:

Az egészségügyi rendszerek és a kutatóintézetek az egyre növekvő gazdasági feszültséget szolgáltatásaik költségcsökkentésével próbálják meg ellensúlyozni. A korszerű, olcsó rendszerösszetevőkön alapuló automatizálás lehetővé teszi a laboratóriumi berendezések költségeinek csökkentését, az emberi munkaerő felszabadítását.

  1. Nagy sebesség:

Az elemzések gyorsabb feldolgozásának hála a laboratóriumok adott idő alatt több elemzést képesek elvégezni. Az ügyfelek gyorsabb kiszolgálása versenyelőnyt jelent a konkurensekkel szemben. Emellett az automatizálás felgyorsítja a kutatást is, így lerövidíti a projekteket, hamarabb elérhetővé válnak az új fejlesztések, technológiák.

  1. Jobb minőségirányítás és szabványosítás

A laboratóriumokban sok kézzel is végrehajtható vizsgálatot egyre gyakrabban gépek végeznek el. Technikai jellemzőikből kifolyólag lehetővé teszik a feladatok pontosabb elvégzését és magasabb fokú reprodukálhatóságát. A rögzített képadatok egyszerűbbé teszik a dokumentációt és az archiválást, mely feladatok a minőségirányítási rendszerek alapkövei.

  1. Tágabb elérhetőség:

A laborok magas fokú automatizáltsága biztosítja az új technológiák széles körű elérhetőségét. Ez sok felhasználó számára teszi lehetővé a bonyolultabb problémák távolról, akár más laborokból vagy országokból történő megoldását is. A könnyen használható és olcsó eszközök lehetővé teszik a diagnosztikát még a gazdasági és infrastrukturális kihívásokkal küzdő régiókban is. Ez azt jelenti, hogy a járvánnyal fertőzött térségekben az orvosi ellátás javítható. Az ilyen területeken dolgozó személyzet gyakran kevésbé képzett, a laboratóriumi berendezések általánosságban alacsonyabb színvonalat képviselnek, és az érintett betegek pénzügyi eszközei alacsonyak. Itt számíthatunk az egyre növekvő mennyiségű úgynevezett POC rendszerekre (POC = point of care) és a labor-on-a-chip technológiákra.

A laborautomatizálás mellett szintén aktuális téma, hogy pontosan milyen területen milyen kamerákat lehet alkalmazni. Erről részletesen következő cikkünkben lesz szó.

 

Képfeldolgozás a termelésben – robotok és emberek kéz a kézben dolgoznak együtt

Immár nem csak a termelőiparnak, hanem az ott dolgozó alkalmazottaknak is segítséget nyújtanak a gépilátás kamerák. Azonban az automatizálás előrehaladtával még mindig elkerülhetetlen az ipari termelési feladatok során az emberek jelenléte. De ez nem azt jelenti, hogy az általuk végzett munkafolyamatok nem változnának meg az ipar 4.0 korában.

Industriemuseum_Chemnitz_-_moderne_Karosserieschweißanlage_mit_Industrierobotern

Az emberi hatékonyság növelhető a különböző munkaeszközökbe integrált intelligens gépi látásrendszerek segítségével. Ez ma már könnyen kivitelezhető, mivel a kamerák egyre kisebbek és könnyebbek lesznek: a nagy pontosságú ipari kamerák már bélyeg méretűek, súlyuk 30 g-nál is kevesebb, beleértve az optikát és a burkolatot is.

Ezek a kamerarendszerek rögzítik a tevékenységet, ellenőrzik az eredményeket, azonosítják a munkafolyamatokat, méréseket végeznek. A kapott információkat továbbítják a munkásoknak, például az általuk viselt kiterjesztett valóság szemüvegekre. Ezek a funkciók nagyban növelik a termelékenységet és a munkabiztonságot, valamint részletes, élő betekintést biztosítanak a menedzserek, gyártásvezetők számára.

Beágyazott gépi látás – Mit jelent, és miért lesz jó?

Mindennapi életünket meghatározzák az egyre kisebbé és erősebbé váló elektronikus eszközeink, és e trend alól a gépi látás hardverek és technológia sem lett kivétel.

A klasszikus gépi látás rendszerek két fő komponense az ipari kamera és a PC. A technológia hajnalán, az itt használt kamerák mérete egy literes tejesdoboz dimenzióihoz közelített, a képfeldolgozó ipari számítógépek pedig a tornatermekből ismerős zsámolyok súlyával és méretével büszkélkedhettek. Mondani se kell, hogy ezek a rendszerek akkoriban rendkívül költségesnek számítottak.

Az idő múlásával ezek az eszközök egyre kisebbé és olcsóbbá váltak. Ma az ipari PC már kiváltható mini PC-vel vagy akár egykártyás számítógéppel, a tejesdoboz méretű kamerák pedig összezsugorodtak egy postai bélyeg szintjére, köszönhetően a már burkolat nélkül kapható, board level kameráknak. Ez a két fejlődési irány tette lehetővé a rendkívül kompakt rendszerek megalkotását specifikus gépi látás alkalmazásokhoz. Az ilyen rendszereket nevezzük beágyazott gépi látás rendszereknek.

pc-vs-embedded

Ezek a rendszerek a PC alapú elődjeikhez képest nem általános képfeldolgozó feladatokat látnak el, hanem minden rendszer egy-egy specifikus gép látás feladatot. Ezt az tesz lehetővé, hogy  míg a standard PC-k általános képességeik miatt sok felesleges kapacitással rendelkeznek, ezek a rendszerek csak annyival és azzal, amit a feladat igényel. Ezzel az optimalizálással érhető el a kis méret és súly, az alacsony darabköltség és energiafogyasztás.

És hogy hol találkozhatunk majd ezekkel a rendszerekkel? Az önvezető autóknak már ma is elengedhetetlen eleme a beágyazott gépi látás, a jövőben pedig ilyen rendszerek kerülhetnek a boltok automoata mérlegeibe, mobil orvosi eszközökbe, például szem és bőrvizsgáló készülékekbe. További méretcsökkenést követően pedig a hordható rendszerekre is széles körű elterjedés vár.

Time of Flight – Az ipari 3D jövője

A gyártásautomatizálás, robotika, logisztika sőt akár az önvezető járművek területén gyakran alkalmaznak olyan megoldásokatat, ahol kétdimenziós képadatokok kívül 3 dimenziós képalkotás is szükséges. Többféle megoldás is létezik a 3D képalkotásra, ezek egyike a Time of Flight (ToF) technológián alapukó kamerák csoportja.

screenshot-2016-08-29-16-29-15

A Time of Flight (ToF) kamerák a normál ipari kamerákhoz hasonlóan optikából, szenzorból és interfészből állnak, azonban ezek mellett beépített fényforrást is tartalmaznak, ami a technológia alapját adja. Ezáltal ezek a kamerák egyszerre képesek mélység és intenzitási információk feldolgozására, minden egyes pixelen.

screenshot-2016-08-29-16-26-11

A technológia egyik legnagyobb előnye, hogy mivel a mélységérzékelés független az intenzitástól és a tárgyak színétől, a vizsgált tárgy viszonylag egyszerű algoritmusok segítségével elkülöníthető a háttértől. A ToF kamerák ezen kívül a kompakt kameramérettel, az 1 cm-es pontosságával és magas képkockasebességével nyújtanak vonzó lehetőséget a különböző 3D-t igényló gépi látás alkalmazásoknak. Az egymást zavaró fények miatt sokáig egyszerre csak egy kamera használata volt lehetséges, azonban mára a kamerák világításának szinkronizálásával két eszköz együttes használata lehetségessé vált.

A Time of Flight alapja a beépített fényforrás és a fény sebességének ismerete, ezáltal a kamera által kibácsott fény kibocsátási és beérkezési idejének ismeretében az eltérésből könnyen kiszámolható a fény által megtett út, ezáltal pedig a kamera és a tereptárgyak közötti távolság.

tof

A ToF kamera képe egy hőtérképre hasonlít, ahol a kék  szín a távoli, a piros pedig a közeli pontokat jelenti. Mivel a kamera párhuzamosan normál 2D képet is készít , a két információ összeolvasztható, amivel egy 3D képet hozhatunk létre.

screenshot-2016-08-29-16-28-56

A technológiának az előnyein kívül vannak gyenge pontjai is, ezek közé tartozik a szórt fény, többszörös fényvisszaverődés, környezeti fény, és nagy számú kamera együttes használata. Ezek mind a fény útjának módosulásából, illetve idegen fény beérkezéséből adódnak, amik a szenzorra beérkezve hamis vagy téves adatokat generálnak.

A ToF kamerák szinte minden iparágban megtalálják a helyüket:

  • Logisztikában a csomagolási, dobozolási, pakolási feladatokban
  • Robotikában és gyártásautomatizálásban pakolási, sérülés keresési és pakolás ellenőrzési feladatokban
  • Gyógyászatban betegfigyelési és pozícionálási feladatokban
  • Önvezető járműveknél navigációs és biztonsági feladatokban

A széles körű alkalmazási lehetőségek is mutatják, hogy a Time of Flight kamerák forradalmasíthatják a gépi látást a harmadik dimenzió bevonásával.

Okos raktár az Ipar 4.0 szellemében- A gépi látás alapú intelligens targonca

A raktározásban használt vezető nélküli járművek jelenlegi generációi meglehetősen korlátozott tudásúak az előre definiált útvonalaik miatt, hiszen nem tudnak rugalmasan reagálni a változásokra. Magyarul, ha akadályba ütközik az útvonalán, nem képes kikerülni azt, egyetlen opcióként egy vészmegállást tud produkálni a váratlan kihívás előtt. Más példával élve, ha az elszállításra váró tárgy nincs pontosan az előre megadott helyre helyezve, a jármű nem képes felvenni azt, nem tudja a helyzetnek megfelelően módosítani mozgását. Hogy még rosszabb legyen a helyzet, ezek az járművek költséges orientációt segítő eszközöket igényelnek – mágneses szenzorokat, padlón lévő jelölő sávokat -, hogy tudják éppen merre járnak a raktárban

Ezek a korlátok időigényessé és költségessé is teszik a vezető nélküli szállító rendszerek bevezetését. Az ipar 4.0 új ígérete viszont az, hogy képes lesz felruházni a gépeket az ember azon veleszületett képességével, hogy önnállóan képesek irányítani magukat, mindenféle drága segédeszköz nélkül.

E koncepció szerint került fejlesztésre egy intelligens, vezető nélküli targonca, ami képes iránytítani magát az őt körbevevő környezet alapján. Ehhez szükséges egy kezdeti, ember vezette bemutató túra a létesítményben, ahol megtanulhatja környzezete minden részletét. Hang és gesztusvezérléssel is irányítható a jármű, ami megbízhatóan tudja megkülönböztetni a különböző rakodásra váró tárgyakat.

BAS1606_Success_Story_Industry_4.0_EN.pdf

Mivel a járművek irányítása meglehetősen egyszerű, akár egyetlen raktári munkás is elég több jármű együttes koordinálásához.

Alapvető elemei ennek az okos eszköznek a Basler kameragyár Time of Flight (ToF) technológiájú 3D kamerái, amikből 3 darab található minden járművön. Minden egyes kamera három dimenzóban rögzíti környezetét, ezzel biztosítva a helyes térlátást az eszköznek. Két kamera a targonca tetején kapott helyet, ezek szolgálják a jármű tájékozódását. Az intelligens targonca rögzíti a környzetében lévő tájékozódási pontokat, elkészítve a saját belső térképét, majd működés közben a fedélzeti ToF kamerák segítségével érzékelik az környezeti változásokat, például ha egy polcrendszer eleme más pozícióban van, akadály került a haladási útvonalára, és ezeknek megfelelő rakcióra képes, például kikerüli az akadályt és folytatja szokásos útját. A harmadik ToF kamera a targonca villáján kapott helyett, a polcokon lévő raklapok precíz felvételéhez. A kamera által biztosított 3D adat biztosítja, hogy a targonca villája első próbálkozásra fel tudja emelni a megcélzott raklapot, emberi segítség nélkül.

A korábbi rendszerekhez képest már nem lesz szükség a  rugalmatlan nyomkövetés miatti költség és időigényes kezdetei majd folyamatos konfigurációkra, ezzel jelentős megtakarítást tesz lehetővé a vásárlók számára. Ennek köszönhetően a vezető nélküli komissiózás hamarosan betörhet a kis és középvállalatok eddig még érintetlen piacára is.

8 dolog, amit mindig is tudni akartál a digitális mikroszkópokról

A digitális mikroszkópia ma a mikroszkópia egyik legfelkapottabb területe, és van néhány dolog, amit a hozzánk hasonló átlagembernek is érdemes tudnia róla.

Mitől digitális egy mikroszkóp?

Egy digitális mikroszkóp gyakorlatilag egy mezei optikai mikroszkóp, és egy digitális mikroszkóp kamera párosa, amihez külön okulár nem szükséges. A megfigyelés alatt álló minta elemzése és értékelése pedig közvetlenül egy monitoron megtekintve történik.

Milyen alkalmazásokra használható egy digitális mikroszkóp?

A digitális mikroszkóp optimális eszköze a minták elemzésének, dokumentálásának, legyen szó akár kutatás-fejlesztésről, ipari gyártás és minőségvizsgálatról vagy laboratóriumi vizsgálatokról.

Mik a digitális mikroszkópok előnyei?

A legegyértelműbb előny az eszközök ergonomikus használata, hiszen azáltal, hogy a vizsgált képek egy monitoron jelennek meg, a felhasználó kényelmes pozícióban ülve tudja a kapott képet kielemezni, vizsgálni, akár egy erre kitalált mikroszkópiai szoftver segítségével is. Az ergonómiai előny különösen szembetűnő, ha a felhasználóknak egyhuzamban sokat kell dolgozniuk a mikroszkóppal, vagy ha a minták képeit csoportosan vizsgálnák meg. Utóbbira jó példa lehet egy oktatási helyzet, ahol az egész csoport egyszerre láthatja a mikroszkóp által adott képet.

Mik a digitális mikroszkópok korlátai?

A legnyilvánvalóbb korlát a hagyományos mikroszkópokhoz képest, hogy a digitális mikroszkópoknak minden esetben szükségük van tápellátásra. Ha adott mikroszkópon nincs okulár, akkor pedig a számítóphez, vagy monitorhoz való csatlakozás is megoldandó és biztosítani kell a megjelenítéshez szükséges képernyőt is.

Összehasonlítható a digitális mikroszkópok által nyújtott kép minősége az okuláros mikroszkópokéival?

Alapvetően a két kép ugyanaz, bár a látómezőben előfordulhat különbség a használt mikroszkóp kamera és okulár függvényében. Egy fontos különbség azonban van a két eltérő technológia miatt: a kétdimenziós képet adó digitális mikroszkóp nem fogja tudni visszaadni egy binokuláris mikrszkópon keresztül vizsgált minta mélységérzetét.

Könnyebb használni a digitális mikroszkópokat a hagyományos, okuláros mikrszkópokhoz képest?

Egy amatőr, tapasztalatlan felhasználónak mindenképp. A mintáról vakó képkészítés gyorsabb és könnyebb, mint egy hagyományos mikroszkóppal.

Mikroszkóp szakértőnek kell lennem, hogy használni tudjak egy digitális mikroszkópot?

Nem. Bővebben kifejtve, a digitális mikroszkóp mind a kezdő tanuló, mind a tapasztalt profi számára optimális választás.

Milyen kiegészítőkre van szükségem egy digitális mikroszkóphoz?

A szükséges eszközöket nagyban befolyásolják az alkalmazás követelményei, az alábbi kérdések megválaszolása azonban megkönnyítheti a választást:

  • Nagy részletességű képek gyors rögzítésére van szükséged? A te optimális választásod egy nagyfelbontású, nagysbességű digitális mikroszkóp kamera lesz.
  • Gyorsan mozgó minta élő megjelenítése szükséges? Válassz egy legalább 30 fps-es (képkocka/másodperc) sebességgel működő mikroszkóp kamerát.
  • Elemezned kell a mintát kaviltatívan vagy kvantitatívan? Amennyiben igen, gondosan válassz magadnak egy mikroszkópiai szoftvert is.
  • Kiegyensúlyozott képekre van szükséged, azaz a sötét és világos részek egyaránt fontosak? Válassz nagy dinamikatartományú mikroszlóp kamerát, ami biztosítja a sötét és világos részek egyidejű jó láthatóságát.

 

Basler_Power_Pack_for_Microscopy

Kiegészítő választás során nagy segítségedre lehet a Basler legújabb terméke, a PowerPack for Microscopy néven futó mikrszkópia csomag, melyben minden összetevőt egy csomagban kapsz kézhez. A csomag tartalma többek között egy Basler mikroszkóp kamera, melyet szabadon, az alkamazásodnak megfelelő paraméterek szerint tudsz kiválasztani, az elérhető pulse és ace alapú, új, kifejezetten mikroszkópiai felhasználásra szánt kamerák közül. A csomag a kamerán kívül tartalmaz még egy mikroszkópiai szoftvert és USB 3.0 kábelt is a könnyű kezelés és összeállítás érdekében.