Optymalna kontrola na linii produkcyjnej

Optymalna kontrola na linii produkcyjnej Etisoft

Kontrola jakości jest dziś obowiązkowym etapem wielu procesów produkcyjnych. Bez niej wytworzony produkt może nie być pozbawiony istotnych wad, co może prowadzić do różnych niepożądanych skutków. Obecnie na znaczeniu zyskują zautomatyzowane systemy wizyjne, które przeprowadzają inspekcję produktów bezpośrednio na taśmie produkcyjnej.

W wielu przypadkach ludzkie oko nie jest w stanie wykryć nieprawidłowości w wytwarzanym produkcie. A jeśli dodamy do tego jeszcze produkcję wielkoseryjną i setki, a nawet tysiące elementów, które przesuwają się w każdej minucie na linii produkcyjnej, trudno się dziwić, że przedsiębiorstwa coraz chętniej stawiają na zaawansowane systemy kontrolne. Są one pozbawione wad, z jakimi musimy się liczyć, gdy za kontrolę jakości odpowiada wyłącznie człowiek.

Czym są systemy wizyjne?

Wykorzystywane w przemyśle systemy wizyjne, zwane również widzeniem maszynowym, są układem współdziałających ze sobą urządzeń elektronicznych do przetwarzania obrazu. Ich zadaniem jest pozyskiwanie określonych parametrów fizycznych „obserwowanych” obiektów. Zarejestrowane obrazy są następnie przetwarzane na postać cyfrową i poddawane szczegółowej analizie. W jej następstwie podejmowane są odpowiednie decyzje co do dalszego losu danego elementu.

Podstawowe systemy opierają się na działaniu różnego rodzaju czujników wizyjnych, które gromadzą i przekazują odpowiednie informacje z otoczenia. Jednak bardziej zaawansowane systemy wizyjne składają się z kilku podstawowych komponentów. Są to kamera lub układ kilku kamer z obiektywem, które odpowiadają za pozyskanie obrazu i przeniesienie go na matrycę kamery, gdzie następuje jego zamiana na impulsy elektryczne. Zdobyte w ten sposób dane trafiają do wbudowanego procesora lub współpracującego komputera, gdzie dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu następuje ich analiza. Ważnym elementem systemu wizyjnego jest również właściwie dobrane pod kątem konkretnej aplikacji oświetlenie. Zapewnia ono nie tylko uwydatnienie kontrolowanych cech, ale również pozwala uniezależnić działanie systemu wizyjnego od światła zewnętrznego.

Przed systemami wizyjnymi stawiane są różne zadania. Można spotkać je w procesach logistycznych, magazynach, centrach dystrybucyjnych, jednak ich naturalnym środowiskiem wydają się zakłady produkcyjne i wszelkie zadania związane z kontrolowaniem różnych procesów produkcyjnych. Systemy wizyjne mogą stanowić ważny składnik systemów bezpieczeństwa w hali produkcyjnej, pełnić rolę „oczu” maszyny bądź robota, a także być kluczowym elementem odpowiedzialnym za przeprowadzenie kontroli jakości wytwarzanych produktów.

Szeroki zakres zadań

Kontrola jakości na linii produkcyjnej obejmuje swym zakresem różne czynności, które z powodzeniem wykonują systemy wizyjne. Przede wszystkim kontrolowana jest zgodność różnych parametrów mierzonego detalu z normami bądź specyfikacją produktową. System jest w stanie wykryć wszelkie nieprawidłowości dotyczące wymiarów, kształtu, a nawet koloru czy położenia elementu. Do tego sprawdza, czy są niezbędne w dalszych etapach elementy montażowe (wtyki, gniazda bądź otwory).

Sprawdzana jest również poprawność wykonania montażu gotowego produktu lub półproduktu, a także jego kompletność. System wykrywa, czy wszystkie niezbędne elementy (np. śruby, podkładki, uszczelki) zostały zamontowane i czy zostały one zamontowane bezbłędnie. Weryfikuje również poprawność podłączenia różnych elementów bądź ich części składowych. Wszelkie niezgodności i odchylenia od zakładanych parametrów są na bieżąco zgłaszane i powodują, że dany element jest usuwany z linii montażowej. Jeśli te same błędy będą się powtarzać przy kolejnych elementach, może to doprowadzić do wstrzymania procesu i np. przeprogramowania maszyny lub podjęcia innych działań naprawczych, które wyeliminują powstawanie danego błędu.

Poza wykrywaniem wadliwych produktów systemy wizyjne mogą służyć również do wykrywania nieprawidłowości na samej linii produkcyjnej. Ponadto mogą usprawniać proces pakowania gotowych wyrobów. Sygnalizują użycie złego produktu, niewłaściwej ich liczby lub niepoprawnej pozycji w opakowaniu, a także kontrolują poprawność zamknięcia opakowania. Kolejnym obszarem aktywności systemów wizyjnych może być kontrola poprawności oznakowania produktu. System wykrywa i powiadamia, jeśli na produkt trafiła niewłaściwa etykieta, znajduje się w złym miejscu albo wręcz jej nie ma. Poza tym jest w stanie zweryfikować poprawność znajdujących się na produkcie danych, kodów kreskowych, znaków bądź ikonografiki. Wykrywa także nieprawidłowości w postaci mało czytelnego tekstu, rozmazanej farby czy innych błędów drukarskich.

Lepszy niż ludzkie oko

Ponieważ zadowolenie klienta jest kluczowe w prowadzeniu biznesu, dostarczany mu produkt powinien być najwyższej jakości. I taki jest właśnie cel wdrażania systemów wizyjnych do kontroli jakości na liniach produkcyjnych. Poprawnie dobrany i skalibrowany system nie jest ograniczony różnymi czynnikami, które występują w przypadku kontroli dokonywanej przez człowieka. Ludzkie oko ma bowiem swoje ograniczenia (odbiera tylko określony zakres długości fal promieniowania, nie jest w stanie dostrzec bardzo małych detali). Do tego człowiek ulega zmęczeniu i dekoncentracji, jest podatny na różnego rodzaju czynniki rozpraszające jego uwagę, co może prokurować błędy.

Systemy wizyjne nie mają tych wad, ponadto działają z większą szybkością i taką samą dokładnością i powtarzalnością przez cały czas. W efekcie zmniejsza się ryzyko, że na rynek trafią wadliwe produkty, a to przekłada się już na wymierne korzyści dla przedsiębiorstwa (brak lub mniejsze koszty związane z wycofaniem produktu z rynku). Firma nie jest narażona przy okazji na straty wizerunkowe. Z kolei w przypadku półproduktów wadliwa seria może spowodować konieczność wstrzymania produkcji aż do dostarczenia poprawnie wytworzonych komponentów.

Jak dobrać system wizyjny?

Wybór i wdrożenie odpowiedniego systemu wizyjnego ma kluczowe znaczenie dla poprawności procesów kontrolnych na linii produkcyjnej. Stąd potrzeba przemyślanego doboru systemu, jako całości, i poszczególnych jego elementów. Przy wyborze rozwiązania należy wziąć pod uwagę wiele czynników, które sprawią, że będzie ono optymalnie dopasowane.

Istotne jest przede wszystkim jak najdokładniejsze zdefiniowanie procesu, w którym system wizyjny będzie pełnił funkcję kontrolną. Niezbędne będzie określenie m.in. przedmiotów kontroli, szybkości przemieszczania się taśmy produkcyjnej, wielkości obszaru kontrolnego czy wymaganego poziomu dokładności. Kolejnym ważnym czynnikiem, od którego będzie zależeć dobór systemu wizyjnego, są warunki środowiskowe, jakie panują w danym zakładzie pracy. Niezbędne będzie także określenie urządzeń wykonawczych, a także innych systemów do zarządzania procesami produkcyjnymi (ERP, MES, SCADA), z którymi system wizyjny zostanie zintegrowany. I wreszcie należy także zdecydować, jakie działania będą podejmowane w przypadku wykrycia wadliwych elementów (zatrzymanie taśmy, oznaczenie wadliwego elementu czy też automatyczne usunięcie go z taśmy produkcyjnej).

Nowe funkcjonalności

Choć automatyczne systemy wizyjne są stosunkowo nową technologią w zakładach produkcyjnych, podlegają stałej ewolucji, w wyniku czego ich stopień zaawansowania cały czas rośnie. I nie chodzi tu tylko o szybkość, dokładność czy niezawodność działania. Pojawiają się nowe funkcjonalności, które zwiększają ich możliwości i elastyczność działania.

Dzięki algorytmom opartym o sztuczną inteligencję czy uczenie maszynowe systemy stale zwiększają dokładność wykrywania wszelkich nieprawidłowości, ucząc się na podstawie wcześniej dokonywanych obserwacji. Ponadto zwiększają się ich możliwości do zapamiętywania wielu różnych produktów i dopuszczalnych parametrów, co znacząco zwiększa przepustowość linii produkcyjnej. Dokładność pomiarów można dodatkowo zwiększyć, stosując np. głowicę laserową 3D. Dzięki gromadzeniu (np. w chmurze) i analizie dużej ilości danych dotyczących wykrytych wadliwych elementów, można z wyprzedzeniem przewidzieć zbliżającą się usterkę maszyny. Tym samym systemy wizyjne mogą stać się ważnym elementem predykcyjnych systemów utrzymania ruchu.

Zaawansowane systemy wizyjne może nie są jeszcze standardem, jednak ich rola będzie z pewnością rosła. Wpisują się bowiem idealnie w koncepcję Przemysłu 4.0 i pozwolą jeszcze bardziej zoptymalizować procesy produkcyjne.

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę