На каких контрольных точках на сборочной линии необходима технология автоматизированного визуального контроля?

Автор: Хуан Сяолэй | Benlong Automation

При работе с низковольтной электрической линией поставка продукции низкого качества, например, автоматических выключателей с неправильно установленным серебряным контактом, перевернутыми компонентами или нечитаемым лазерным кодом, приведет к немедленному прекращению деятельности. На протяжении многих лет единственной защитой от таких дефектов был опытный оператор с острым зрением и мощной лампой. Однако такие методы становятся неэффективными при увеличении объёмов производства до сотен тысяч единиц в месяц и ужесточении требований к качеству со стороны внешней торговли. Поэтому производители автоматических выключателей и счетчиков полагаются исключительно на технологию автоматизированного визуального контроля.

Цель данного документа — объяснить, что представляет собой указанная технология, в каких случаях она наиболее полезна и как можно создать систему, позволяющую выявлять дефекты без браковки качественной продукции. Будут рассмотрены четыре аспекта, существенно влияющих на выход годной продукции при производстве автоматических выключателей и счетчиков: ориентация компонентов, качество серебряного контакта, результаты автоматической сборки и качество лазерной маркировки.

Что такое технология автоматизированного визуального контроля?

В самом простом виде, визуальный контроль с помощью машинного зрения заменяет человеческое решение камерой и компьютером. Деталь поступает на станцию, контролируемое освещение выделяет интересующую особенность, одна или несколько камер делают снимок, а программное обеспечение сравнивает увиденное с заданным стандартом. За миллисекунды система выносит вердикт: пройти, не пройти или доработать, и подает сигнал линии продолжать движение качественной единицы или отклонить бракованную. Эта же технология часто называется на производстве автоматизированным оптическим контролем, или AOI, а на китайских электротехнических заводах обычно реализуется как CCD визуальный контроль, по названию сенсоров с зарядовой связью в камерах.

Существенное изменение заключается не в камере, а в принятом решении. Человек, проверяющий десять тысяч автоматических выключателей за смену, принимает десять тысяч решений. Тем не менее, даже компетентный инспектор теряет способность принимать решения на высоком уровне уже через несколько часов работы. Например, система машинного зрения принимает решение одинаково на первом и миллионном изделии. Кроме того, в отличие от человека, она регистрирует результаты всех проверок с привязкой к штрихкоду оборудования, создавая историю качества, которую можно отслеживать.

Почему ручной контроль не справляется

Существует три недостатка ручного визуального осмотра. Он медленный, потому что человек может одновременно смотреть только на один аспект и должен физически поднимать, поворачивать и класть каждую деталь. Он непоследователен, так как уровень отвлечённости, освещённость и настроение влияют на производительность в течение смены и среди операторов. Наконец, он неопределённый, потому что оценка, выполненная человеком, не оставляет доказательств, поэтому невозможно установить, какие изделия были проверены, или связать отказ в эксплуатации с инспекцией. Все эти ограничения вместе превращаются в измеряемый уровень пропуска дефектов на высокоскоростной производственной линии — количество дефектов, проходящих незамеченными, что минимизирует прибыль из-за возвратов и дополнительных процессов. Экономика нашего конвейер для инспекции MCB ясно показывает: перенос инспекции с ручного рабочего места на автоматизированную линию с регистрацией данных — вот где достигается большая часть прироста эффективности.

Четыре контрольных пункта, где автоматизированный визуальный осмотр оправдывает себя

Визуальный контроль наиболее ценен в тех точках, где дефект дешево обнаружить и дорого пропустить. На линии автоматических выключателей или счётчиков выделяются четыре таких контрольных пункта. Обнаружение дефекта на этапе подачи стоит лишь часть стоимости того же дефекта, обнаруженного после окончательной сборки, когда уже потеряна стоимость, вложенная в изделие..

Ориентация компонента на подаче

Большинство мелких электрических деталей поступают на линию навалом и разделяются вибрационным питателем. Проблема в том, что питатель подаёт детали в том положении, в котором их располагает гравитация, и многие компоненты выглядят почти одинаково с лицевой и обратной стороны. Установка детали в обратном положении — одна из самых распространённых причин неработоспособной сборки на последующих этапах. Обнаружение ориентации решает эту проблему, устанавливая камеру над подающим треком: система считывает лицевую и обратную стороны каждой детали при прохождении и отклоняет или повторно направляет любую деталь, повернутую неправильно, ещё до того, как она попадёт в сборочное гнездо. Поскольку проверка происходит на этапе подачи, деталь, повернутая неправильно, не занимает цикл станции и не использует крепёж. Наше оборудование для автоматического визуального обнаружения заклёпок в МКВ применяет именно этот принцип, используя высокоразрешающие камеры и программное обеспечение для обработки изображений, чтобы подтверждать положение и установку каждой детали примерно за одну секунду на полюс, в то время как наше интеллектуальное оборудование для остановки сборки МКВ предлагает либо визуальное, либо волоконно-оптическое обнаружение дефектных подач в зависимости от детали.

Качество серебряной точки на подаче

Серебряная точка является важным компонентом автоматического выключателя и также входит в число самых дорогих деталей в спецификации материалов. Если серебряный контакт или биметаллический заклёпка поступают на предприятие с трещинами, деформацией, уменьшенным размером или загрязнением, это приведёт к автоматическому выключателю, который не проходит тест на контактное сопротивление или, что ещё хуже, перегревается. Поэтому экономически целесообразно проводить инспекцию серебряных контактов на этапе подачи перед сваркой, что также улучшает качество сварки, поскольку дефектные серебряные контакты выявляются на этом этапе. Инспекция проводится с помощью визуальной станции и включает проверку размеров, формы и поверхности каждого контакта перед его сваркой. Эта инспекция естественно сочетается со сваркой: наше автоматическое сварочное оборудование для серебряных точек и статических контактов включает функцию контроля качества, которая наблюдает за самой сваркой, в то время как более широкий контекст точной сварки серебряных контактов рассматривается в нашем обзоре что означает автоматизация для электрического производства. Вместе визуальный контроль до и после сварки замыкает цикл на самом критическом соединении в продукте.

Проверка результата автоматической сборки

Визуальный контроль после сборки подтверждает, что автоматизированная станция действительно выполнила свою задачу. Хотя автоматизация надёжна, она не безошибочна: винт может отсутствовать или находиться не в правильном положении; пружина может быть неправильно установлена; крышка может выступать; и клемма может быть согнута. Камера, расположенная после ключевых операций сборки, проверяет наличие, положение и размещение по сравнению с эталонным образцом и отмечает изделие как несоответствующее, если оно не соответствует этому эталону. Это превращает станцию сборки из системы с открытым циклом в систему с замкнутым циклом, поскольку производственная линия сразу узнаёт, когда что-то выходит за пределы спецификации, вместо того чтобы обнаруживать это в конце производства при финальном тестировании. Benlong внедряет такой стиль проверки в линиях; наша линия автоматической сборки и инспекции твердотельных реле объединяет несколько CCD-проверок между этапами сборки, чтобы дефект был обнаружен на станции, которая его вызвала, а не перенесён до конца линии.

Проверка лазерной маркировки после кодирования

Каждый автоматический выключатель, счётчик и зарядное устройство покидают завод с нанесённой печатной или лазерной маркировкой: бренд, номинал, количество полюсов, стандарты, код партии и часто матричный или QR-код для отслеживания. Если эта маркировка отсутствует, смещена, бледна или неправильна, изделие не подлежит продаже, а если код нечитаем, то и неотслеживаем. Инспекция лазерной маркировки использует визуальный контроль сразу после станции маркировки для проверки наличия правильного содержимого, его читаемости и правильного расположения, а также для оценки читаемости любого 2D-кода. Поскольку маркировка является одной из последних операций, ошибка, обнаруженная здесь, предотвращает отгрузку готового изделия с дефектом, который первым заметит клиент. Наше автоматическое лазерное маркировочное оборудование для MCB интегрирует CCD-инспекцию непосредственно в ячейку маркировки, поэтому отметка проверяется одновременно с её нанесением.

Как работает технология под капотом

Она состоит из четырёх частей, и все четыре компонента должны работать вместе, чтобы система была эффективной. Во-первых, это аспект освещения. Правильное освещение необходимо для выявления дефекта, поэтому хорошо освещённая сложная инженерная задача гораздо лучше, чем плохо освещённая, которая кажется простой. Затем камера и объектив делают снимок; разрешение пропорционально размеру обнаруживаемого дефекта. После захвата изображения используется программное обеспечение для его анализа, возможности анализа варьируются от измерений на основе сравнения количества с допуском до проверки по эталонному образцу или использования моделей глубокого обучения. Наконец, система выполняет свою операцию, отправляя результат (пройдено/не пройдено) контроллеру линии и записывая результат в систему MES.

Конечная цель эффективной автоматизированной системы визуального контроля — обеспечить правильность принятого решения, а не его красоту. Точность системы определяется уровнем ложного отклонения, то есть процентом хороших продуктов, классифицированных как бракованные. Если система настроена слишком строго, хорошие продукты будут отклоняться, что приведёт к постоянным прерываниям операторов ложными сигналами измерений; если настройка недостаточно строгая, дефектные продукты не будут обнаружены.

Правила, эталонный образец или ИИ-совпадение зрения — выбор метода в зависимости от дефекта

Не каждый дефект лучше всего обнаруживается одним и тем же решением, и метод определяет стоимость и надёжность станции. Измерение на основе правил — лучший метод, когда проблема размерная и чётко определена, например, проверка правильности установки заклёпки или соответствия контакта требуемому размеру. Это быстро и понятно, и легко проверить, так как любое решение имеет числовое значение и допуск. Сравнение с эталонным образцом подходит для измерения признаков, которые трудно определить одним измерением, но легко распознать относительно известного хорошего объекта, например, внешний вид собранного поста. Зрение на основе глубокого обучения применяется к самым сложным задачам, таким как экстремальные поверхностные дефекты, пятна или переменные дефекты, которые обычные правила не могут эффективно покрыть, обучаясь на примерах разделять дефектные и идеальные изделия. Реальное производство обычно сочетает упомянутые методы, решая простые проверки, такие как измерение простых параметров, классическими методами, а модели машинного обучения используют только для неоднозначных задач, так как каждый метод обучения требует обработки и настройки, которые можно избежать при использовании простых методов.

Необходимо уточнить границы между возможностями визуального контроля и функционального тестирования. Визуальный контроль оценивает внешний вид изделия, определяя, присутствует ли компонент, находится ли он в правильном положении, не поврежден ли, правильно ли расположен и корректно ли идентифицирован. Однако визуальный контроль не предоставляет информации о том, способен ли автоматический выключатель сработать при требуемых значениях или выдержать испытание высоким напряжением. Эти вопросы могут быть решены с помощью функционального и электрического тестирования, которое может применять нагрузки и анализировать поведение тестируемого компонента. Наиболее эффективные компании стараются использовать оба процесса последовательно, чтобы избавиться от видимых и механических дефектов с помощью визуального контроля и оставить дорогостоящие тестовые процессы для оборудования, свободного от визуальных дефектов. Использование визуального контроля в качестве замены функционального тестирования — неправильный подход, так как они выявляют разные дефекты и применяются на разных этапах процесса.

Что дает автоматизированный визуальный контроль производителям электротехнической продукции

Возврат инвестиций от визуального контроля заметен во многих аспектах. Прежде всего, повышается выход годной продукции, поскольку проблемы обнаруживаются машиной на том участке, где они возникли, а не на конечных испытательных участках. Снижается уровень пропуска дефектов, что означает, что меньше изделий придется отправлять обратно, и меньше гарантийных претензий потребуется удовлетворять. Производительность увеличивается, так как визуальные тесты выполняются одновременно с обычным производственным процессом, исключая необходимость ручного контроля. Ручной труд перераспределяется с повторяющегося контроля на более сложные задачи, и что особенно важно для экспортеров в Индию, Турцию и Бразилию — каждый осмотр записывается и предоставляет необходимый отчет для каждого изделия.

Финансовая выгода легко прослеживается, если подумать о затратах на пропущенный дефект. Выявление компонента, неправильно установленного на этапе подачи, влечет за собой лишь затраты на повторную подачу, тогда как обнаружение дефекта на последнем этапе может привести к ремонту нескольких компонентов, а если дефект достиг клиента — к значительным финансовым потерям и проблемам с компанией. Визуальный контроль переносит процесс обнаружения дефектов на более ранний этап, делая его максимально дешевым, поэтому производители с большим объемом производства рассматривают его как основную систему, а не дополнительное улучшение.

Как определить требования к системе автоматизированного визуального контроля

Выбор правильной системы визуального контроля требует четкого взаимодействия с поставщиком оборудования заранее. Будьте готовы предоставить информацию по следующим аспектам перед запросом коммерческого предложения.

① Список дефектов. Какие дефекты вы ищете? Предоставьте список дефектов, которые необходимо обнаружить, с реальными примерами, так как ни одна система не сможет работать корректно без обучения распознаванию дефектов.
Минимальный размер признака. Самый мелкий дефект определяет разрешение камеры и оптику.

② Время цикла. Установите темп на основе вашего времени работы. Ваш такт-время определяет скорость, с которой камера захватывает изображение, обрабатывает информацию и принимает решение о результате инспекции.

④ Варианты продукции. Если вы производите несколько наборов продуктов, вариантов или наименований, попросите вашего поставщика обеспечить переналадку на основе рецептов.

⑤ Допустимый уровень ложных отбраковок. Определите приемлемые уровни ложных отбраковок, чтобы были заданы необходимые параметры освещения и калибровки порогов.
Освещение и окружение. Серебристое покрытие, черный корпус и глянцевые этикетки создадут конкретные требования к освещению.

⑥ Информация и отслеживание. Определите информацию для регистрации, методы связи между результатами и штрихкодом, а также другие соединения.

⑦ Интеграция и удаление. Определите процесс отбраковки дефектных единиц и пропуска годной продукции.

Распространённые ошибки, которых следует избегать

Большинство сбоев в системах визуального контроля вызваны несколькими ошибками, которых можно было полностью избежать. Первая — инвестирование в камеры там, где следовало инвестировать в освещение, поскольку сенсоры с высоким разрешением не могут улучшить тусклую сцену. Вторая распространённая ошибка — определение системы визуального контроля на основе неясного списка дефектов и удивление, почему система не обнаружила дефект, о котором никто не упоминал. Третья ошибка — игнорирование переналадки, из-за чего линия, способная работать с двадцатью продуктами независимо, требует ручного обучения при каждой смене. Четвёртая — отношение к уровню ложных отбраковок как к второстепенному вопросу, что превращает даже отличную систему в ту, которую операторы учатся игнорировать при использовании. Наконец, самый распространённый пример — установка системы визуального контроля в конце линии, а не интеграция контрольных точек в процесс.

Встраивание инспекции в линию, а не на неё

За годы технология автоматической инспекции превратилась из роскошного дополнения в стандартный компонент для производителей низковольтного электрооборудования. Успешными стали те производители, которые используют визуальный контроль в нужное время — на подающем устройстве, в сборочном гнезде, на маркировочной головке, чтобы предотвратить выход с производства нестандартного изделия. При правильном подходе визуальный контроль не просто отбраковывает бракованную продукцию, но и генерирует данные, которые помогают поддерживать всю производственную линию в соответствии с требованиями и позволяют клиентам получать продукцию с полной историей отслеживания.

Компания Benlong Automation с 2008 года разрабатывает технологии автоматического визуального контроля с использованием CCD и высокоточной визуализации, начиная с проверки заклёпок и серебряных контактов на этапе подачи, заканчивая инспекцией после сборки и маркировки, при этом все этапы операций автоматически регистрируются в системе MES.
Поэтому, если вам нужно создать новую производственную линию или просто внедрить автоматический визуальный контроль в ваше производство, мы будем рады помочь вам в этом.