Инспекция на дефекти по боядисаната повърхност: 800 кадъра в секунда и какво променя това

Общ преглед

Дефектите по боята са малки, с нисък контраст и разпределени по извити повърхности, което ги прави трудни за визуална инспекция и трудни за качествено фотографиране. Човешкият инспектор, който работи върху бампер, вижда само няколко квадратни сантиметра наведнъж, преценява блясъка чрез движение на главата си и губи последователност след около час. Инспекцията с камера заменя тази субективна преценка с повтаряемо измерване, но само ако веригата за образуване на изображение може да улови класа дефекти, който се изисква.

Веригата за образуване на изображение има три компонента: скоростта, с която камерата извлича кадри, начина, по който повърхността се осветява, и начинът, по който детайлът се движи през полето на зрение. В тази статия се обяснява защо честотата на кадрите от 800 кадъра в секунда променя какво може да открие една станция за инспекция на боя и къде са останалите ограничения.

Big Bird Industrial (по-рано Shimada Big Bird Industrial) произвежда системи за почистване и застраняване на заострени ръбове за компоненти на автомобилни трансмисии от 2001 г., а линията за визуален контрол, описана тук, следва същия инженерен подход: първо се определя критерият за приемане, след което се подбира размерът на хардуера според него.

1. Защо честотата на кадрите определя минималното ниво на откриване

Дефект в боядисването е откриваем само ако поне един кадър го заснема с достатъчен брой пиксели, за да се отдели от околното покритие. Докато детайлът се движи, дефектът преминава през полето на зрение за ограничено време. Ако камерата извършва проби твърде бавно, дефектът се появява в един кадър или изобщо не се появява, и никакъв алгоритъм не може да го възстанови по-късно.

Проби в посоката на движение

При линеен сканиращ режим честотата на дискретизация трябва да съответства на скоростта на повърхността, така че последователните линии да се припокриват в определена степен. При площов сканиращ режим честотата на кадрите трябва да е достатъчно висока, за да се появи дефект с посочения минимален размер в няколко последователни кадъра. Във всеки случай изискването се определя от най-малкия дефект, посочен в спецификацията, и от максималната скорост на повърхността, а не се избира от каталог.

Какво дават 800 кадъра в секунда

Конфигурация с четири камери, работещи по 200 кадъра в секунда всяка, осигурява общо 800 кадъра в секунда. При скорост на повърхността от 800 до 1000 мм в секунда този капацитет позволява непрекъснато пробоотборно сканиране по цялата ширина на бампер без прекъсвания между отделните експозиции. Практическият резултат е, че станцията може да инспектира напълно покритата повърхност в цикъл под 15 секунди, като все още разпознава дефекти с мащаба на частица боя.

2. Осветлението е другата половина от разрешението

Високите честоти на кадрите са безполезни върху повърхност, която отразява блясък. Боядисаните панели са извити, гладки и често тъмни, което означава, че разсеян източник на светлина поражда ярко отражение върху част от повърхността и скрива дефектите в останалата част. Геометрията на осветлението е толкова важна, колкото и сензорът.

Защо U-образният източник е подходящ за извити панели

U-образният източник обгръща панела така, че ъгълът на падане остава в тесен диапазон по цялата извивка. Това поддържа зеркален блясък на предсказуемо място и позволява дефектът да се прояви като локално изкривяване върху иначе равномерно поле. При плосък панел пръстеновидното осветление изпълнява същата функция; при бампер източникът трябва да следва геометрията.

Разделяне на класовете дефекти според техния оптичен подпис

Не всеки дефект реагира по един и същ начин на осветлението. Частичките и кратерите изкривяват зеркален блясък, пробитините и пукнатините от разтворител се появяват като тъмни точки, струйките и провисванията променят локалния наклон, а портокаловата кора променя текстурата в по-голяма пространствена мащабност. Единствената осветителна настройка рядко обхваща всички тях с еднаква чувствителност, затова станциите за боядисване обикновено комбинират повече от един режим на осветление и съчетават резултатите.

3. От процент на откриване до производствено решение

Ефективността на инспекцията се посочва като процент на откриване, но това, което линията всъщност изпитва, е процент на лъжливи сигнали и поток за повторна обработка. Станция, която пропуска 0,2 % от дефектите и погрешно маркира 2 до 5 % от добрите части, води до много различни оперативни разходи в сравнение със станция, която има същия процент на пропуснати дефекти, но по-нисък процент на лъжливи сигнали.

Четене на двете числа заедно

Само процентът на откриване насърчава прекомерната чувствителност. Всеки праг, който засича още един дефект, също маркира повече добри части, а на бояджийската линия всяко фалшиво тревожно съобщение означава изпращане на частта за полирване или човешка повторна инспекция.

Времето за цикъл като ограничение, а не като резултат

Цикъл от 15 секунди или по-малко за бампер или комплект затварящи елементи е изискване на линията, а не постижение на камерата. То определя бюджет: време за обработка плюс време за сканиране плюс време за вземане на решение. Ако сканирането е достатъчно бързо, но решението изисква втори поглед от друг ъгъл, именно цикълът ограничава станцията, а не честотата на кадрите.

4. Свързване на инспекцията с ремонта

Дефектът, който е открит, но не е точно локализиран, е само наполовина полезен. Повторната боядиска изисква да се знае точното местоположение на дефекта в координатна система, която полирващият робот може да използва.

Общи координати между инспекция и полирване

Когато инспекционната станция и полираният робот споделят една и съща координатна система, позицията на дефекта става директна цел за робота. След това полираният връх може да се избере автоматично според класа на дефекта, а операторът не се нуждае да намира отново мястото на подвижна линия. Това е разликата между инспекционна станция и инспекционно-ремонтна клетка.

Това, което не може да се автоматизира

Съвпадението на цветовете остава човешка преценка на повечето линии, тъй като критерият за приемане зависи от референтен панел и от условията за визуализация, които е трудно да се възпроизведат на станция. Дефектите, свързани с текстурата – например „портокалова кора“, – могат да се измерват, но прагът между приемливо и неприемливо обикновено се определя от стандарт на клиента, а не от физическо ограничение.

5. Чеклист за спецификации

Спецификация за инспекция на боя, която може да се цитира и верифицира, включва класовете дефекти и минималните им размери, скоростта на повърхността и времето на цикъл, режимите на осветление, процентът на пропуснати дефекти и процентът на фалшиви сигнали, както и координатната система, споделена с ремонта. Липсата на който и да е от тези елементи оставя празнина, която доставчикът запълва с предположение.

Верификацията следва същата логика. Преди приемане станцията се подлага на тест с набор от референтни панели, носещи преднамерено поставени дефекти на граничните стойности на спецификацията, като всеки панел се представя няколко пъти в различни ориентации. Станция, която открива дефект при първото преминаване, но го пропуска при третото, има проблем с повторяемостта, а не с чувствителността, а именно повторяемостта е това, с което производството се сблъсква всеки работен смени. Същият референтен набор също калибрира процента на фалшиви сигнали, тъй като панелите без дефекти са част от теста.

Също така е полезно да се уточни какво се случва с частта, която е била маркирана: дали отива на повторна инспекция, на полирване или за скрап. Това решение определя дали процентът на лъжливи сигнали е просто досада или реална разходна статия.

Често задавани въпроси

Винаги ли по-високата честота на кадрите е по-добра?

Не. По-високата честота на кадрите намалява времето на експозиция, което намалява количеството светлина за всеки кадър и увеличава шума. Освен честотата, необходима за заснемане на най-малкия специфициран дефект при максималната скорост на повърхността, допълнителното увеличение на скоростта води до намаляване на качеството на изображението, а не до подобряване на възможностите за откриване.

Може ли една станция да инспектира както бампер, така и врата?

Обикновено не — и то не с една и съща геометрия на осветлението, тъй като кривината на панела и работното разстояние се различават. Станциите за много варианти решават този проблем, като променят положението на фиксирашката конструкция и рецептурата на осветлението за всеки отделен вариант, вместо да използват универсална настройка.

Как се измерва ефектът «портокалова кора»?

Това се оценява като параметър на текстурата при определена пространствена скала, като се използва вариацията в отразената светлина по повърхността, а не само едно местоположение на дефект. Тъй като това е статистическа мярка, трябва да се посочи площта за проба заедно с праговата стойност.

Каква честота на фалшиви сигнали е реалистична?

При боядисани външни панели типичната честота на фалшиви сигнали в производството е от 2 до 5 процента, а честотата на пропуснати дефекти е около 0,2 процента. Обикновено не е възможно да се затегне единият показател, без да се ослаби другият, при една и съща верига за обработка на изображения.

Заключение

Честотата на кадрите определя дали даден дефект изобщо ще бъде заснет; осветлението определя дали той ще бъде видим след заснемането. И двете величини трябва да се избират според най-малкия дефект, посочен в спецификацията, и скоростта на повърхността по производствената линия; и двете също трябва да се балансират спрямо честотата на фалшиви сигнали, която производственият екип може да поеме.

Станциите, които работят в производството, са тези, за които в спецификацията е посочена честота на пропускане, честота на лъжливи сигнали и време за цикъл едновременно, а резултатът от инспекцията попада в същата координатна система като операцията по поправка.