Системы машинного зрения: повышение точности и эффективности в метрологии

Системы машинного зрения были невероятно затронуты современными цифровыми и ориентированными на данные технологиями. Узнайте, как они изменились, стали менее подвержены ошибкам и помогли повысить качество деталей эффективными и автоматизированными способами.

Инструменты и машины для контроля деталей эволюционировали в довольно больших направлениях. Чтобы лучше понять современные технологии систем машинного зрения, полезно понять, как они изменились — и почему.

Мы поговорили с инженером и специалистом по продуктам в Mitutoyo, чтобы узнать.

Эволюция метрологического оборудования: профильные проекторы-компараторы vs. системы машинного зрения

Первые компараторы широко известны как «теневые графики» (shadowgraphs). Они позволяют измерять через тень, «отбрасываемую от увеличенного изображения детали на экран с наложенной диаграммой», — пишет Quality Magazine в статье «Компараторы: больше, чем кажется».

«Эта технология существует с 1950-х, но всё еще используется в цехах сегодня», — говорит Марк Сауко, специалист по продуктам в Mitutoyo. Сауко работает в компании 15 лет и был бывшим оптическим инженером-прикладщиком.

Mitutoyo все еще продает компараторы — но сама технология продвинулась далеко. Раньше это были очень большие станки высотой 1,8–2,1 метра с большой лампой, освещающей деталь сзади.

Сегодняшние компараторы меньше.

Источник: Mitutoyo

«Людям всё еще нравится, потому что это просто», — говорит Сауко. «Они используют компараторы в машиностроительных цехах всю свою профессиональную жизнь. Некоторые цеха хотят придерживаться того, что им комфортно».

Сегодняшние компараторы также цифровые. Вы выравниваете перекрестье на экране с одним краем детали, а затем считываете цифровое показание (DRO).

«Так вы двигаете перекрестье к одной стороне детали, нажимаете ноль для X-значения DRO, например, затем двигаете перекрестье к другой стороне детали и просто считываете значение этого числа, и это ваше расстояние в дюймах, миллиметрах, чем бы вы ни измеряли», — объясняет Сауко.

Нужен ответ на технический вопрос? Спросите команду MSC Metalworking Tech Team на форуме.

Как компьютеры и данные повлияли на системы машинного зрения

Компараторы — очень прямолинейный способ измерения, и они хорошо служат своей цели. Но есть подвох. У них есть встроенные ограничения.

«Точность компараторов ограничена тем, насколько хорошо оператор может выровнять перекрестье с краем детали», — говорит Сауко. «С системой машинного зрения вы исключаете оператора и получаете гораздо большую точность, чем с компаратора».

В системе машинного зрения край детали определяется автоматически. Она использует современное компьютерное ПО и камеру, способную улавливать гораздо больше деталей, чем заднеосвещенная проецируемая деталь.

«Камера собирает свет лучше, чем компаратор», — говорит Сауко. Компаратор использует контурное освещение, хорошее для видения внешних краев, но не для видения поверхности детали.

У некоторых современных компараторов есть более одного источника света, но поскольку это всё равно проекция, она ограничена зеркальным светом. Система машинного зрения с хорошей камерой позволяет контролеру качества или оператору станка использовать преимущества контурного освещения и равномерного освещения поверхности — некоторые из которых включают кольцевое освещение вокруг края камеры — чтобы видеть и измерять больше детали с большей степенью достоверности.

И благодаря автоматизированной природе современных систем машинного зрения, измерение качества деталей становится еще более эффективным. Просто меньше места для ошибки — и процесс инспекции намного быстрее. И как все в производстве сегодня знают, скорость имеет значение.

«Большинство систем зрения — ЧПУ, то есть моторизированные и управляемые компьютером. Так что вы пишете программу, и станок автоматически перемещается и измеряет края и поверхности», — говорит Сауко.

Что еще происходит в современных технологиях контроля? Читайте «Где метрология встречается с современным прецизионным производством».

В очень передовых системах машинного зрения они могут быть паллетизированы, поэтому потенциально могут инспектировать гораздо больше деталей за раз, чем компаратор. И поскольку они программируемы, эффективность действительно растет.

«Вы можете написать программу, а затем ПО может сказать станку и камере: ОК, переместись в это положение, сделай измерение сейчас, переместись к следующему положению и т.д.», — говорит Сауко. «Так что, в основном, оператор может подойти, положить деталь на станок машинного зрения, вызвать программу, нажать кнопку «пуск», а затем уйти заниматься чем-то другим, пока станок измеряет либо эту деталь, либо паллету из нескольких деталей».

Понимание разнообразия систем зрения

Mitutoyo разделяет свои линейки продуктов на три отдельные области. Есть те, которые всегда основаны на ЧПУ, бренд «Quick Vision». Для тех цехов, которым не нужны скорость и автоматизация или у которых более малые бюджеты, есть «Quick Scope» и «Quick Image». Линейка Scope всегда ручная. Линейка Quick Image может быть ручной или моторизированной.

«Quick Vision» — для цехов, приоритезирующих точность выше всего. Вершина линейки известна как «ultra» и известна как «одна из самых точных систем зрения в мире», по словам Mitutoyo. Этот высококлассный продукт широко используется правительствами для изысканных измерений для соблюдения стандартов. Думайте о NIST, Национальном институте стандартов и технологий.

Источник: Mitutoyo

Производители, работающие в волоконной оптике, также используют высококлассную систему ultra.

«Если вы пропускаете свет через кучу крошечных волокон, и у вас один конец одного волокна выравнивается с другим концом другого волокна, если два конца не выравнены абсолютно точно, вы теряете сигнал, потому что весь свет не проходит», — объясняет Сауко. «Так что эти соединители сложны. Допуски действительно, действительно жесткие, чтобы обеспечить стыковку волокон максимально точно».

Quick Image, с другой стороны, использует «телецентрическую» оптику для быстрого и точного получения снимка с глубиной резкости.

«Вся деталь находится в фокусе всё время, пока она измеряется», — говорит Сауко. «Так что это намного быстрее компаратора — и видит больше детали».

Насколько изощрена ваша операция контроля качества? Используете ли вы системы зрения и тактильные зонды? Поговорите с коллегами на форуме металлообработки. [требуется регистрация]