научная статья по теме СИСТЕМЫ МАШИННОГО ВИДЕНИЯ ДЛЯ ВИЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ПРОДУКЦИИ Энергетика

Текст научной статьи на тему «СИСТЕМЫ МАШИННОГО ВИДЕНИЯ ДЛЯ ВИЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ПРОДУКЦИИ»

ЖУРНАЛ В ЖУРНАЛЕ

Измерения Контроль

Автоматизация: СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ

Главный редактор—д-р техн. наук, проф. В.Ю. Кнеллер

УДК 681.327.12+621.383

СИСТЕМЫ МАШИННОГО ВИДЕНИЯ ДЛЯ ВИЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ПРОДУКЦИИ

Г.П. Катыс, II.Г. Катыс

Рассмотрены целевое назначение, принципы построения, потенциальные возможности и основные характеристики систем машинного видения для визуального контроля.

ВВЕДЕНИЕ

Создание высокоэффективных систем визуального контроля качества продукции на основе систем машин-нот» видения (СМВ) связано с современными достижениями информационной и вычислительной техники. Повышенное внимание к качеству продукции в современном производстве предполагает высокоэффективный автоматический визуальный ко»ггроль деталей и узлов на различных этапах их изготовления и сборки. В то же время применением СМВ для автоматизации производства даег возможность повысш ь и производительность, и качество продукции.

Таким образом, для повышения качества продукции и темпов производства необходимо внедрять СМВ как в производственный процесс, так и в процесс проверки продукции [1-4].

В основу данного обзора положен анализ новейших публикаций в этой области.

ОСОБЕННОСТИ И ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ СМВ В ВИЗУАЛЬНОМ КОНТРОЛЕ ПРОДУКЦИИ

В общем случае процесс визуального контроля продукции может включагь в себя:

• контроль формы, размеров и других нарамефов деталей;

• контроль деталей по характеристикам качества поверхностей с выявлением дефектов чистоты и качества обработки поверхности, а также поверхностных дефектов типа раковин, царапин, пустот, гре-1цин ит. п.;

• контроль монтажного процесса - контроль наличия деталей, соединений и согласований в соответствии с заданным положением и размерами, проверку собранных и законченных или частично законченных афегатов при выполнении операций сборки и др.

Такое многообразие применения СМВ в области ви-зуальнот контроля требует разработки широкой) спектра методов обработки как бинарных, так и мнопэтоно-вых изображений.

Специфика работы систем визуального контроля, проверяющих наличие или отсутствие заданных ситуаций в сборочной -зоне, заключается в том, что контролируемые сцены, как правило, хорошо организованы. Поэтому для контроля правильности сборки в большинст ве случаев достаточно сравнивать фрагменты текущею изображения с запомненными эталонными фрагментами, соответствующими правильной ситуации при сборке. 11ри этом каждой операции сравнения соответствует

свой эталонный фрагмент; фрагменты сравниваются поэлементно, что позволяет сделать алгоритмы таком системы компактными и достаточно «быстрыми» [5,6].

Визуальный контроль с помощью СМИ имеет существенные преимущества перед зрительным контролем, выполняемым человеком: высокие скорость и точность, способность видеть в малых, ограниченных и труднодоступных областях, возможность обеспечения действительно стопроцентного контроля деталей и проверку каждой детали по постоянной программе с высокой достоверностью результатов. Контролеры, занятые однообразным визуальным кошролсм, обычно склонны к ошибкам, и эффективность их контроля значительно ниже 100%. Па основании сказанного можно утверждать, что существует обширная приоритетная область применения СМВ в сфере автоматического визуальною контроля [7,8].

Области применения СМВ в визуальном контроле быстро расширяются. В одних из них СМВ используются, главным обратом, для высокоточною контроля деталей, дефектность которых может явиться причиной аварии, в других они позволяют обеспечить такое управление производством, когда гарантируется не только выявление дефектных изделии, но и создаются условия, исключающие изготовление дефектных дет алей. Наконец, можно укачать области применения СМВ, где они осуществляют контроль внешнего вида изделий [9, 10J.

Все большее применение СМВ находят для визуальною контроля в новых отраслях промышленности. Особенно широко они применяются в отраслях, связанных с электроникой и вычислительной техникой [11,12]. Вследствие '1ендсннпн располагать электронные компоненты на поверхности изделий важную роль приобретает визуальный кош роль правильною размещения и подсоединения этих компонентов, контроль н управление процессами в гибких сборочных производствах этих отраслей, например, проверка правильности размещения элс-ментов па поверхности печатных плат. Друюй пример -перспективно применение систем автоматическою визуальною контроля в машиностроении. Существует большое колнчеемю операции визуального контроля различных деталей, узлов и изделий, которые выполняются в процессе их изготовления или сборки. Распространенный способ визуальною контроля формы и размеров деталей заключается в формировании их силуэтного изображения и последующем его анализе. I 1зображенне ечн-тывается с помощью миогоэлсмснгных твердотельных матриц, имеющих высокое пространственное разбиение. Такой способ является полностью цифровым и может быть реализован при высоких скоростях сканирования [3J. Другое ею преимущество состоит а возможности применения стробоскопического освещения, позволяю-щс1 о «зафиксировав ь» в нространст вс изображение движущейся детали подобно'тому, как если бы она была неподвижна. Такое освещение было реализовано с помощью пульсирующих источников на диодных лазерах, создающих вспышки длительностью 100 не.

11рпнннниалы10 иным являемся автоматический визуальный контроль формы сложных трехмерных поверхностей, которые нельзя проанализировать в профиль. Для ею осущест вления можно применить метод триангуляции, предусматривающий так называемый структурированный подсвет детали - контролируемая трехмерная поверхность подсвечивается специальным регулярным рисунком световых полос, направленных под определенным углом, а сформированная световая картина воспринимается нидсодатчиком под другим углом зрения [13, 14]. Такой подход позволяет с достаточно высокой точностью (погрешностью около 0,5 мкм) определять форму детали, ее размеры и т. д.

Разработан ряд способов визуальною контроля качества поверхности деталей, представляющих собой тела вращения. Обычно внешняя поверхность детали освещается, деталь равномерно поворачивается па 360° и с помощью комплекса фотодстекгоров производится последовательный анализ всей ее внешней поверхности. 11рн этом осуществляется автоматический визуальный контроль дефектов поверхности, и дефектные детали отбраковываются. Подобная форма контроля может быть также обеспечена с помощью кру гового сканирования внутренних цилиндрических поверхностей [15].

Для успешного внедрения автоматического визуального кон троля в современное производство необходимо выполнение некоторых основных условий. I |ри разработ ке конструктивных решений изделий, предназначенных для автоматизированных производств, должны предусматриваться меры, обеспечивающие удобство и надежность выполнения необходимых операций автомат вче-ского визуального кон троля. Оборудование и контрольно-измерительная аппаратура, а также программно-аппаратные средства автоматизированных производств должны максимально обеспечивать совмещение технологических операций и операций автоматического визуального контроля в процессе обработки и сборки изделий. Визуально контролируемые параметры изделий должны задаваться таким образом, чтобы можно было сформировать строгую логическую структуру контрольных операций, включающую в себя ряд уровней, начиная от сложных (изделия, модули и т. н.) и кончая простыми (детали, заготовки и т. и.). Выбранная система параметров должна гарантировать идентификацию н локализацию возникающих ошибок с помощью имеющихся технических средств автоматического визуальною контроля. Согласование гибкой универсальной технологии визуального контроля с конкретным технологическим процессом и сопряжение контрольно-измерительной аппаратуры с оборудованием автоматизированного производства осуществляются с помощью согласующих устройств и программно-аппаратных решений, ориентированных на специфику данного процесса [16].

В качестве примера, иллюстрирующего высокую эффективность СМВ в решении ряда прикладных задач, рассмотрим систему визуального контроля качества печатных плат. Стоимость такого контроля на разных эта-

них производства может составлять до 30 % стоимости изготовления и занимает до 30 % времени изготовления. Визуальным котролсм и сравнением с эталонным образном обычно проверяют оригинальные и рабочие шаблоны. наружные и внутренние слои печатных плат после экспонирования п проявления, а также целиком платы после обработки и маскирования.

В системах автоматическою визуальною контроля печатных плат используют метод распознавания пугем сравнения с эталоном или метод распознавания признаков, а также сочетание этих методов [3,1 б]. В нервом методе двоичное представление проверяемой платы сравнивается с двоичным представлением эталонною образна или с данными от сис темы автоматического проектирования печатных плат. Второй метод основан на анализе правильности выполнения общепринятых правил проектирования плат, например, проверки наличия контакт-пых площадок на копнах проводников, определения толщины проводников п изолирующих промежутков и г. д.

Метод сравнения с эталоном прости надежен, потребует большою объема памяти и развитою профаммною обеспечения, работающею в реальном масштабе времени. Разновидности этого подхода различаются способами сравнения контролируемою объекта с эталоном, а iлк'жс формой представления эталона. В простейшем ст;.чае эталоном может быть сам объект с идеальными параметрами, в других случаях им является ею бинарный эквивалент, а иногда совокупность топологических при шаков. характеризующих контролируемый объект. Мотможно представление эталона в преобразованном идо. например, в форме пространственного спектра эталонного изображения [I6J. Наиболее высокую нронзао-иисльиооь обеспечивают корреляционные методы, в частности, ie из них, которые основаны на сравнении Фурьс-нреобрлзовання изображения контролируемой платы с эталоном, исключении из нею спектра пространственных частот, соответствующих эталону, н последующем преобразовании разностного спек

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком