2019/10/03 12:49:09

Как системы компьютерного зрения
помогают контролировать качество продукции

Современное высокотехнологичное производство требует особых подходов к контролю качества выпускаемой продукции. Компьютерное зрение (CV) совершило настоящий технологический прорыв и значительно расширило возможности дефектоскопии в промышленности, перевела ее на новый, более высокий уровень. Теперь технологии позволяют отслеживать качество не только после изготовления изделия или продукта, но и непосредственно во время производственного процесса. Кроме того, системы CV способны значительно упростить и ускорить дефектоскопию производственного оборудования, агрегатов и коммуникаций, находящихся в эксплуатации.

Совместно с экспертами «Систем компьютерного зрения» («СКЗ», входит в ГК ЛАНИТ) расскажем, какие отрасли уже вплотную используют системы CV для дефектоскопии, а какие стоят в очереди на модернизацию производства. Рассмотрим задачи и способы их решения с помощью современных технологий и алгоритмов компьютерного зрения.

Содержание

Контроль качества выпускаемой продукции на линиях производства и сборки

Ручной контроль качества все еще превалирует на многих видах производств, так как любое промышленное предприятие имеет целый арсенал обученных сотрудников и отточенных стандартов качества, на соответствие которым изделия проходят проверку. Но уже можно с уверенностью сказать, что автоматизированная визуальная дефектоскопия, основанная на компьютерном зрении, способна в значительной степени сократить непосредственное участие работников в процессе проверки качества на всех видах производственных линий, отведя человеку роль руководителя процесса. Современные системы контроля качества способны провести подсчет объектов, снять измерения, проверить цвет, комплектность, наличие маркировок и штрихкодов, выявить дефекты и, при необходимости, сопоставить изделие с эталоном. Преимущества машинного зрения уже используются при производстве механических деталей, автомобильных запчастей и комплектующих, печатных плат, микросхем. Также нарастает применение в таких областях, как фармацевтика, сельское хозяйство, химическая и текстильная промышленности, производство пищевой продукции. Мощности систем CV помогают производствам решать задачи дефектоскопии исследуемых объектов точно, быстро и готовы повторять процедуру неограниченное количество раз без потерь в качестве проверки.

Экспертами в области CV разработаны базисные технологии по дефектоскопии, которые могут с минимальными настройками развертываться на различных типах производств. Отлаженная единая технология и набор алгоритмов позволяют адаптировать систему CV под стандарты качества заказчика.

Автоконцерны применяют технологии CV для инспекции компонентов транспортных средств, их маркировки, а также управления промышленными роботами. Дефектоскопия на основе компьютерного зрения позволяет с высокой скоростью и точностью производить осмотр, калибровку и проверку качества деталей и комплектующих как во время производства, так и на линии сборки автомобилей. В качестве примеров решаемых задач компания «СКЗ» приводит разработку системы контроля качества для выявления дефектов покраски элементов кузова; системы обнаружения дефектов поверхности на автомобильных торпедах (трещины, сколы, задиры); создание системы калибровки камер в нескольких сценариях позиционирования для восстановления 3D модели деталей, идущих на конвейере.

На фармацевтическом и пищевом производстве системы компьютерного зрения способны значительно ускорить и облегчить проверку маркировок, обеспечивают бесконтактную проверку заполнения и внешнего вида готовой продукции, что, несомненно, положительно влияет на уровень качества. Например, заказчику «СКЗ» требуется надежная система контроля качества на линии производства, которая отличит крекеры надлежащего качества от колотых и отбракует продукцию с дефектами.

Тяжелая промышленность

Современные системы машинного зрения могут с успехом применяться и в тяжелой промышленности. Здесь заинтересованность в снижении непосредственного участия человека в процессе дефектоскопии, в первую очередь, связана с повышенной опасностью для здоровья работников и тяжелыми условиями труда. «Системы компьютерного зрения» разработали ряд систем CV для различных отраслей тяжелой промышленности:

  • Система обнаружения дефектов в прокатном листе на конвейере для трубопрокатного завода, производящего газопроводные и нефтепроводные трубы. Решение состоит из нескольких камер, в том числе инфракрасных, системы подсветки структурированным светом, серверов хранения и обработки данных с рабочими станциями. В результате проверки выявляются металлургические, поверхностные и плоскостные дефекты.

Система компьютерного зрения для контроля качества продукции металлопрокатного листа
Система компьютерного зрения для контроля качества продукции металлопрокатного листа
  • Система CV, определяющая процент шлака и степень износа ковша с кипящей сталью по количеству пузырей и цвету кипящей массы для сталепрокатного производства.
  • Система оценки качества стали в слитке по форме и размеру для сталелитейной промышленности. Человеческому глазу и обычным камерам эта задача не под силу. Однако системам, построенным по принципам поляризации, удается провести надежную дефектоскопию.
  • Система для портового угольного терминала, позволяющая на скорости 3 м/с в потоке падающего в емкость угля распознавать иногда попадающее туда железо.

Другие области применения

Компьютерное зрение и решения на его основе активно включаются в производственный процесс в самых разных отраслях и сферах производства. Все чаще появляются запросы от бизнеса, ранее не вовлеченного в поиск решений по автоматизации дефектоскопии своей продукции. Один из примеров - разработка системы классификации изделий по размеру и категории качества (выделение образцов по категориям дефектов – сучки, гниль) для производителя напольных покрытий из натурального дерева. Мебельному производству требуется система CV, позволяющая проводить оценку качества мягкой мебели – стыки седалища и спинки, ровность и целостность швов.

Появляются запросы на системы машинного зрения с использованием беспилотных летательных аппаратов для своевременного выявления дефектов эксплуатируемого оборудования. Данные, полученные при регулярных облетах дронами опор ЛЭП, позволят с высокой точностью определять наличие ржавчины, выпавших болтов и иные неисправности на инспектируемых объектах. Дефектоскопия с использованием возможностей съемки объектов с помощью БПЛА – одно из перспективных, набирающих обороты направлений CV. Системы мониторинга лесных пожаров, организованные при помощи дронов, хорошо зарекомендовали себя и показали, что развертывание систем CV с использованием беспилотников очень удобно и позволяет покрывать большие территории, на которых нельзя выстроить систему стационарных камер.

В некоторых случаях для надежного анализа поверхности объектов необходима установка большого количества камер (анализ в видимом диапазоне), что в свою очередь, требует их точной калибровки и полной неподвижности конструкции.

В других случаях важно видеть незаметные в видимом спектре дефекты формы или структуры, такие как вмятины, каверны, шероховатости на краске и т.д. Близкими к этому являются задачи точного определения формы продукции (металлические слябы и литые детали, штамповка из пластика и т.д.). Для решения подобных задач разрабатывается сканер, основанный на принципах поляризации света и имеющий достаточно высокую точность для инспекции поверхностей объектов. Совмещая его с другими камерами по принципу стерео-камеры или делая съемку с разных точек, решается задача 3D реконструкции. В основе сканера лежит одна из разработок «Систем компьютерного зрения» - решение, основанное на частичной поляризации отраженного света, с высокой точностью показывающее наклон поверхности. На основе полученных изображений можно производить дефектоскопию - находить трещины, неровности, гравировки и пометки. В зависимости от назначения устройство может состоять из двух камер (обычной и поляризационной), либо одной камеры, защищенного корпуса и ПО. В зависимости от сферы применения и условий эксплуатации возможна модернизация корпуса по заданным критериям.

Исходные и обработанные изображения железных деталей
Исходные и обработанные изображения железных деталей

Эффективность внедрения систем CV для контроля качества и перспективы развития направления

Интегрированные в производственный процесс решения на основе компьютерного зрения выполняют задачи контроля качества быстрее и точнее, чем человек. Экономия времени на дефектоскопию продукции или сырья в условиях массового производства значительно повышает общую производительность труда. Системы CV гарантированно обеспечивают выход с производственных линий только соответствующих стандартам качества изделий. Внедрение автоматизированных систем дефектоскопии способно значительно снизить уровень непродуктивных потерь при расфасовке продукции и уменьшить непроизводительные затраты. Компьютерное зрение дает производству надежные системы контроля качества, исключает вред здоровью работников опасных и «грязных» производств, упрощает бизнес-процессы.

Промышленность одной из первых стала использовать машинное зрение и диапазон вариантов его применения постоянно расширяется. Развитие технологий, снижение стоимости разработки и внедрения, увеличение производительности, надежности и точности систем CV способствуют стремительной и повсеместной модернизации систем дефектоскопии на производстве. Современные программно-аппаратные решения обеспечивают максимальное удобство при использовании, сочетая в себе высокую эффективность, качественное выполнение поставленных задач и приемлемую стоимость.