OPTIČNA KONTROLA PROIZVODOV

OPTIČNA KONTROLA PROIZVODOV

Z UPORABO PAMETNE KAMERE

Diplomsko delo

Študent: Igor BEDÖK

Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program

Elektrotehnika

Smer: Avtomatika

Mentor: doc. dr. Darko HERCOG

Somentor: doc. dr. Nenad MUŠKINJA

Lektorica: Leonida ROKAVEC

II

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Darku Hercogu in

somentorju doc. dr. Nenadu Muškinji za pomoč in

svetovanje pri opravljanju diplomskega dela.

Zahvaljujem se tudi podjetju ELED d.o.o., ki mi je

omogočilo izdelavo diplomskega dela.

Posebna zahvala velja tudi moji družini za

potrpežljivost in podporo pri študiju.

IV

OPTIČNA KONTROLA PROIZVODOV Z UPORABO PAMETNE KAMERE

Ključne besede: optična kontrola, pametna kamera, industrijski krmilnik, parametriranje

UDK: 681.11.032:681.77(043.2)

Povzetek

Avtomatizirani optični nadzor serijsko proizvedenih izdelkov je sodoben način

zagotavljanja brezhibnega proizvoda na koncu proizvodnega traku. Takšen nadzor

odpravi kakršno koli možnost posredovanja neustreznih proizvodov, zaradi katerih bi

povzročili reklamacijske postopke in posledično nezadovoljnega kupca. V začetni fazi smo

posneli trenutno stanje na svetovnem nivoju rabe sistemov za optični nadzor dimenzij ter

barve proizvodov. Odločili smo se uporabiti pametno kamero proizvajalca OMRON ter jo

integrirali v proizvodni proces sestave avtomobilskih varovalk tipa NORM. Glavni razlog

uvedbe sistema, ki ne bo dopuščal možnosti, da bi kupec prejel slabe proizvode, je bila

reklamacija s strani kupca zaradi dimenzijsko oziroma barvno neustreznih proizvodov

med dobrimi proizvodi.

V proizvodno linijo implementirana kamera zajame sliko vsakega proizvoda. Na osnovi

meritev različnih dimenzij in barve varovalk zazna kamera vsakršno dimenzijsko in barvno

odstopanje in takšen proizvod s pomočjo pnevmatskega cilindra tudi odstrani v za to

predvideno izmetno skladišče. Osnova za določanje dimenzijskih in barvnih parametrov

kamere je standard ISO 8820-3:2010, ki definira dimenzijske tolerance in barvo

avtomobilskih varovalk. Komunikacija kamere in industrijskega krmilnika poteka preko

digitalnih vhodov in izhodov obeh naprav.

Cilj diplomskega dela je bil dosežen, saj se je optična kontrola dimenzij in barve

proizvodov s pomočjo pametne kamere izkazala za zelo zanesljivo in cenovno ugodno

rešitev popolnega nadzora proizvodnje avtomobilskih varovalk.

V

VISUAL INSPECTION OF PRODUCTS USING SMART CAMERA

Key words: visual inspection, smart camera, industrial controller, parameterization

UDK: 681.11.032:681.77(043.2)

Abstract

The automated optical supervision of serial manufactured products is the modern way of

ensuring a flawless result at the end of the production line. This procedure eliminates the

possibility of the distribution of imperfect products which would cause costumer

dissatisfaction and reclamation. In the initial phase we recorded the current global

standards of the visual inspection systems for dimension and colour. The camera which

we have decided to use was produced by the OMRON Company. We have integrated it

into the assembly process of the type NORM automobile fuses. The main reason to

integrate a system which will not allow any possibility of defective products reaching the

customer was a customer’s reclamation caused by dimensional and/or colour inadequate

products. The camera that would be integrated into the system would capture an image of

every product. The system would then use a principle of certain pre-determined

dimensions and colours which it compares to the dimensions and colours of the products,

all unfit fuses are going to be moved by a pneumatic cylinder to a predetermined location

for ejected products. The basis of these dimension and colour margin parameters is the

ISO 8820-3:2010 standard. It defines the dimension tolerance and colour of automobile

fuses. The communication between the camera and industrial controller is based on digital

inputs and outputs on both devices.

The goal of this diploma was successfully achieved, since the optical inspection of

dimensions and colours of products with the help of a smart camera turned out to be a

very reliable and financially affordable solution for an error free control of automobile fuse

production.

VI

KAZALO

1 UVOD ........................................................................................................................................ 1

2 OPTIČNI NADZOR DIMENZIJ IN BARVE IZDELKOV ................................................... 3

2.1 Proizvod, na katerem se izvaja kontrola ......................................................................................... 3

2.2 Zahteve za strojno opremo............................................................................................................. 5

2.3 Izbor strojne opreme ...................................................................................................................... 6

2.4 Opis delovanja ............................................................................................................................. 13

3 POSAMEZNI SKLOPI SISTEMA KONTROLE DIMENZIJ IN BARVE VAROVALK 15

3.1 Industrijsko krmilno vezje ............................................................................................................ 15

3.2 Kamera z nosilcem ....................................................................................................................... 16

3.3 Programska oprema za vizualizacijo in parametriranje kamere .................................................... 19

3.4 Pnevmatski cilinder za izmet neskladnih proizvodov zaradi meritve kamere ............................... 20

4 POVEZOVANJE KOMPONENT ........................................................................................ 22

4.1 Povezovanje krmilnika s kamero in pnevmatskim cilindrom ........................................................ 22

4.2 Povezovanje kamere z računalnikom preko LAN .......................................................................... 23

5 PROGRAMIRANJE IN PARAMETRIRANJE .................................................................. 25

5.1 Dodatek programa za industrijski krmilnik ................................................................................... 25

5.2 Parametriranje kamere ................................................................................................................ 35

6 TESTIRANJE IN ODPRAVA NAPAK ............................................................................... 46

6.1 Testiranje meritve dimenzije ........................................................................................................ 46

6.2 Testiranje meritve barve .............................................................................................................. 51

7 SKLEP .................................................................................................................................... 59

VII

8 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV .................................................................................. 60

VIII

KAZALO SLIK

SLIKA 2.1: AVTOMOBILSKA VAROVALKA TIPA NORM .................................................................................................... 3

SLIKA 2.2: NESKLADNI PROIZVODI NORM VAROVALKE .................................................................................................. 4

SLIKA 2.3: DIMENZIJE NOGIC VAROVALKE TIPA NORM .................................................................................................. 4

SLIKA 2.4: DEFINICIJA BARVE VAROVALK TIPA NORM ................................................................................................... 5

SLIKA 2.5: KOMPLEKSNI OPTIČNI SISTEMI .................................................................................................................... 6

SLIKA 2.6: PAMETNA KAMERA OMRON FQ2-S25100N ............................................................................................. 7

SLIKA 2.7: PRIKLJUČITVENI KONEKTOR S SISTEMOM SMART CLICK .................................................................................... 8

SLIKA 2.8: RAZŠIRITVENI VHODNO-IZHODNI MODUL KAMERE .......................................................................................... 8

SLIKA 2.9: ZMOGLJIVOSTI KAMERE OMRON FQ2-S25100N ........................................................................................ 9

SLIKA 2.10: STANDARDNA OSVETLITEV - ODBOJ SVETLOBE ............................................................................................ 10

SLIKA 2.11: STANDARDNA OSVETLITEV S POLARIZACIJSKIM FILTROM - SLIKA JE TEMNA IN MERITEV NESTABILNA ...................... 10

SLIKA 2.12: MOČNA OSVETLITEV S POLARIZACIJSKIM FILTROM – SLIKA JE SVETLA, NI ODBOJEV SVETLOBE ............................... 10

SLIKA 2.13: VIDNO POLJE KAMERE OMRON FQ2-S25100N ...................................................................................... 11

SLIKA 2.14: VEČSMERNI MONTAŽNI NOSILEC KAMERE ................................................................................................. 11

SLIKA 2.15: NASTAVLJANJE OSTRENJA LEČE NA KAMERI OMRON FQ2 .......................................................................... 12

SLIKA 2.16: NASTAVITVENA ORODJA "TOUCH FINDER" IN "PC TOOL" ............................................................................ 12

SLIKA 2.17: DIAGRAM POTEKA PROCESA OPTIČNE KONTROLE KAMERE ............................................................................ 13

SLIKA 2.18: ČASOVNI DIAGRAM POTEKA PROCESA KAMERE........................................................................................... 14

SLIKA 3.1: INDUSTRIJSKI KRMILNIK V2 NANO REVC .................................................................................................... 15

SLIKA 3.2: PROGRAMSKO ORODJE "MEGALOAD" ....................................................................................................... 16

SLIKA 3.3: PROIZVODNA STEZA STROJA ZA SESTAVO VAROVALK ...................................................................................... 17

SLIKA 3.4: NOSILEC KAMERE V PREREZU .................................................................................................................... 17

SLIKA 3.5: ŽELENI POLOŽAJ KAMERE NAD PROIZVODOM ............................................................................................... 18

SLIKA 3.6: NOSILEC KAMERE V STEZI, STRANSKI POGLED ............................................................................................... 18

SLIKA 3.7: NOSILEC KAMERE V STEZI, POGLED OD ZGORAJ............................................................................................. 19

SLIKA 3.8: ZAGON PROGRAMA "TOUCHFINDER" ZA PC ............................................................................................... 19

SLIKA 3.9: "TOUCHFINDER" OSNOVNA SLIKA ............................................................................................................. 20

SLIKA 3.10: PNEVMATSKI CILINDER ZA IZMET NESKLADNIH PROIZVODOV ......................................................................... 20

SLIKA 3.11: KAMERA V KOMBINACIJI Z IZMETNIM CILINDROM V PROIZVODNI STEZI ............................................................ 21

SLIKA 4.1: VEZALNA SHEMA PRIKLOPA KAMERE IN IZMETNIH CILINDROV NA KRMILNIK ........................................................ 22

SLIKA 4.2: PREPOZNAVANJE KAMERE NA PC KOT ETHERNET 2....................................................................................... 23

SLIKA 4.3: VNOS STATIČNEGA IP NA RAČUNALNIKU ..................................................................................................... 23

SLIKA 4.4: VNOS STATIČNEGA IP V KAMERI ................................................................................................................ 24

SLIKA 5.1: VKLJUČITEV "PROGRAM_VISION.C" V GLAVNI PROGRAM ............................................................................... 25

SLIKA 5.2: DEFINIRANJE ČASOVNIH KONSTANT ZA "VISION" .......................................................................................... 26

SLIKA 5.3: PREVAJANJE PROGRAMA VISION ............................................................................................................... 27

SLIKA 5.4: IZPIS STATISTIKE PREVAJANJA PROGRAMA "VISION" ...................................................................................... 27

IX

SLIKA 5.5: PROGRAM "VISION.C" STRAN 1 ................................................................................................................ 29

SLIKA 5.6: PROGRAM "VISION.C" STRAN 2 ................................................................................................................ 30

SLIKA 5.7: PRENOS STROJNE KODE V KRMILNIK S PROGRAMOM "MEGALOAD" ................................................................. 31

SLIKA 5.8: USPEŠNO DOKONČANJE PRENOSA STROJNE KODE V KRMILNIK ......................................................................... 32

SLIKA 5.9: "V2 MONITOR" NASTAVITVE POVEZAVE DO PROGRAMA KRMILNIKA ................................................................ 32

SLIKA 5.10: "V2 MONITOR" KONTROLA VHODOV KRMILNIKA ....................................................................................... 33

SLIKA 5.11: "V2 MONITOR" KONTROLA IZHODOV KRMILNIKA ....................................................................................... 33

SLIKA 5.12: "V2 MONITOR" KONTROLA MARKERJEV................................................................................................... 34

SLIKA 5.13: "V2 MONITOR" KONTROLA PROCESOV .................................................................................................... 34

SLIKA 5.14: "V2 MONITOR" KONTROLA ČASOVNIKA "T14" ......................................................................................... 35

SLIKA 5.15: NASTAVITEV OSVETLITVE KAMERE ........................................................................................................... 35

SLIKA 5.16: NASTAVITEV KOMPENZACIJE SLIKE ........................................................................................................... 36

SLIKA 5.17: DOLOČILI SMO OBMOČJE MERITVE IN KAMERO NAUČILI, KATERA BARVA JE PRAVA ............................................. 36

SLIKA 5.18: DOLOČANJE MEJE ODSTOPANJA PREPOZNAVE BARVE .................................................................................. 37

SLIKA 5.19: DOLOČITEV OBMOČJA MERITVE ZUNANJE RAZDALJE MED NOGICAMA VAROVALKE ............................................. 37

SLIKA 5.20: DOLOČANJE MEJE ROBNEGA NIVOJA SIGNALA ............................................................................................ 38

SLIKA 5.21: DOLOČANJE OBMOČJA MERITVE DOLŽINE NOGICE 1 .................................................................................... 38

SLIKA 5.22: DOLOČANJE OBMOČJA MERITVE DOLŽINE NOGICE 2 .................................................................................... 39

SLIKA 5.23: DEFINIRANJE PARAMETROV, KI JIH ŽELIMO MERITI ...................................................................................... 39

SLIKA 5.24: DEFINIRANJE VRSTE PROGRAMSKEGA ORODJA ZA DOLOČENO MERITEV........................................................... 40

SLIKA 5.25: DOLOČANJE SPODNJE IN ZGORNJE MEJE PARAMETRA MERITVE RDEČE BARVE ................................................. 40

SLIKA 5.26: DOLOČANJE SPODNJE IN ZGORNJE MEJE PARAMETRA MERITVE ZELENE BARVE ................................................ 41

SLIKA 5.27: DOLOČANJE SPODNJE IN ZGORNJE MEJE PARAMETRA MERITVE MODRE BARVE ............................................... 41

SLIKA 5.28: DOLOČANJE SPODNJE IN ZGORNJE MEJE PARAMETRA MERITVE ŠIRINE NOGIC ................................................... 41

SLIKA 5.29: DOLOČANJE SPODNJE IN ZGORNJE MEJE PARAMETRA MERITVE "DOLŽINA NOGICA 1" ........................................ 42

SLIKA 5.30: DOLOČANJE SPODNJE IN ZGORNJE MEJE PARAMETRA MERITVE "DOLŽINA NOGICA 2" ........................................ 42

SLIKA 5.31: NASTAVITVE KARAKTERJA IZHODOV ......................................................................................................... 43

SLIKA 5.32: NASTAVITVE KARAKTERJA IZHODOV ......................................................................................................... 43

SLIKA 5.33: AKTIVNOSTI "TRIGGER"-JA, VHODOV IN IZHODOV KAMERE V REALNEM ČASU ................................................... 44

SLIKA 5.34: SHRANI OZIROMA PRIKLIČI PARAMETRE MERITEV ........................................................................................ 44

SLIKA 5.35: SLIKA ZADNJE SLABE IZVEDENE MERITVE ................................................................................................... 45

SLIKA 6.1: DIMENZIJSKI VZORCI NORM VAROVALK .................................................................................................... 46

SLIKA 6.2: DIMENZIJSKI VZOREC NORM 1 ................................................................................................................ 47




SLIKA 6.6: PRIMER MERITVE NESKLADNEGA PROIZVODA ............................................................................................... 49



X


SLIKA 6.10: PRIMER MERITVE NESKLADNEGA PROIZVODA ............................................................................................. 50

SLIKA 6.11: PRIMER MERITVE NESKLADNEGA PROIZVODA ............................................................................................. 50

SLIKA 6.12: MERITEV BARVE 7.5 A NORM .............................................................................................................. 51

SLIKA 6.13: MERITEV BARVE 7.5 A NORM .............................................................................................................. 51

SLIKA 6.14: MERITEV BARVE 5 A NORM ................................................................................................................. 52




SLIKA 6.18: MERITEV BARVE 35 A NORM ............................................................................................................... 53
















XI

UPORABLJENI SIMBOLI

µ - micro (10-6)

Ω - ohm

ms - milisekunda (10-3 sekunde)

mm milimeter (10-3 metra)

° kotna stopinja

UPORABLJENE KRATICE

OCR Optical character recognition

LAN Local area network

IP Internet Protocol

PLK Programabilni logični krmilnik

PLC Programmable logic controller

PC Personal Computer

RGB Red Green Blue

HDR High Dynamic Range

LED Light Emitting Diode

TRIG Trigger

1

1 UVOD

Diplomsko delo opisuje, na kakšen način lahko v serijski proizvodnji kontroliramo kvaliteto

naših proizvodov s pomočjo avtomatizirane optične kontrole. Pri metodi optične kontrole

smo uporabili pametno kamero proizvajalca OMRON.

Na svetovnem trgu sicer že veliko časa obstajajo sistemi za optični nadzor, kontrolo in

štetje. Tako imenovani strojni vid je v bistvu proces uporabe raznovrstnih tehnologij in

metod za nadziranje procesov in avtomatiziranih pregledov, kateri temeljijo na osnovi

zajemanja slike. Splošno sprejeta definicija strojnega vida je analiza slike do izpisa

podatkov za nadzorovanje procesa in dejavnosti.

Strojni vid se v osnovi uporablja za nadzor in vodenje robotov v industriji. Aplikacije s

strojnim vidom se pa uporabljajo tudi za kontrolo izdelkov, sortiranje izdelkov, štetje

proizvodov, ravnanje z materialom, optično merjenje in še v mnogih podobnih procesih.

Posebne aplikacije se uporabljajo tudi v prometu, in sicer od enostavnih merilnikov hitrosti

in prepoznavanja vozil do prepoznavanja nevarnih situacij v samih vozilih. En del

segmenta se pa ukvarja z dejanskim razumevanjem slik ali njihove vsebine. Navadno gre

tukaj za odkrivanje predmetov na sliki, njihovo prepoznavanje raznolikosti in meritve, na

osnovi česar se sprejemajo odločitve o nadaljnjem procesu. Orodja za obdelavo slik so

navadno matematična ter uporabljajo razne geometrijske, statistične in funkcionalne

analize.

Pogoj za uspešno optično prepoznavanje različnih vsebin je vsekakor kontrastno razmerje

med robnim predelom predmeta oziroma meritvijo in njegovo okolico. Zato je zelo

pomembno, kako določiti okoljske razmere, ki so pomembne za brezhibno delovanje

algoritmov. Predvsem je pomemben položaj kamere, jakost in smer osvetlitve, hitrost

proizvodnega traku, položaj objektov itd.

Najpogostejši izhodni signali sistemov strojnega vida so poročila o ujemanju predmetov s

predhodno programiranimi pogoji. Če predmeti ne ustrezajo, se lahko sprožijo mehanizmi,

ki jih zavrnejo, izvržejo, ločijo, štejejo ali signalizirajo uporabniku o ustreznosti

kontroliranega objekta. Ostali izhodni signali navadno vsebujejo podatke o položaju,

orientaciji objekta za sisteme vodenja robotov. Prav tako lahko vsebujejo številčne

podatke meritev, podatke prebranih kod, znakov in podobnih oznak.

2

Avtomatizirana proizvodnja, katera nima predvidene kontrole vsakega izdelka ali

polizdelka na karakteristike, ki so pomembne zaradi delovanja in oblike proizvoda, mora

računati z možnostjo, da se med dobrimi izdelanimi kosi pojavijo tudi produkti, katerih

karakteristika odstopa od zastavljenih oziroma predpisanih dimenzij. Takšni neskladni

proizvodi oziroma polproizvodi povzročajo nemalo težav pri naslednjem procesu oziroma

kupcu. Posledično sledi reklamacija dobavitelju, zavrnitev pošiljke, dodatni transportni

stroški, proces prebiranja in iskanja slabih proizvodov, kar pa je vse povezano z dodatnimi

stroški, ki gredo po navadi na račun dobavitelja. Največji problem, ki ga lahko sprožimo z

neskladnimi proizvodi, je, da v naslednjem procesu oziroma pri našem kupcu ustavimo

vnaprej planiran in časovno definiran proces, kar lahko posledično povzroči časovno

prekoračitev dogovorjenih rokov dokončanja določenih procesov.

Podjetje ELED d.o.o. iz Zgornjih Poljčan je po količini proizvedenih avtomobilskih varovalk

tipa MINI, NORM in MAXI na osnovi standarda ISO 8820-3:2010 eno večjih proizvodnih

podjetij tega tipa v Evropi. Na leto proizvede približno 80 milijonov varovalk. Vsak

posamezni stroj za sestavo varovalk izdela v povprečju vsake 0,7 sekunde en kos

gotovega proizvoda. Seveda je pri takšnem proizvodnem taktu nemogoče kontrolirati vsak

proizvod, zato se je tudi tukaj pojavila situacija, ko so se med dobrimi proizvodi pojavili

proizvodi, ki niso ustrezali zahtevam standarda. Zaradi teh neskladnih kosov je kupec

sprožil reklamacijo dobavitelju. Ker si v avtomobilski industriji enostavno ne moremo

privoščiti takšnih reklamacij, smo se v podjetju ELED odločili za uvedbo optične kontrole

na vseh strojih za sestavo varovalk, ki bo pregledovala vsak proizvod.

Cilj naloge je torej v že obstoječi stroj za sestavo varovalk integrirati pametno kamero, ki

bo izločala iz proizvodnega traku izdelke, ki ne izpolnjujejo zastavljenih kriterijev. Takšne

izvržene izdelke je potrebno zbirati v posebej za to namenjenih zbiralnikih ter beležiti

njihovo številčno stanje.

Napisati je potrebno program v programskem jeziku "C" ter ga implementirati v že

obstoječi program industrijskega krmilnika. Iz krmilnika je potrebno pridobiti signal, ki nam

ponazarja takt cikla. Prav tako je potrebno nastaviti digitalni vhod krmilnika, preko

katerega bo le-ta dobil povratno informacijo od pametne kamere, ali proizvod ustreza

določenim zahtevam. V naslednjem koraku je potrebno v programu krmilnika dodati

funkcijo, ki bo poskrbela, da bodo neustrezne varovalke izvržene iz procesa.

Na koncu je potrebno proces kontrole dimenzij in barve testirati na stabilnost in

ponovljivost ter podati oceno stanja zanesljivosti procesa.

3

2 OPTIČNI NADZOR DIMENZIJ IN BARVE IZDELKOV

2.1 Proizvod, na katerem se izvaja kontrola

Proizvod avtomobilska varovalka tipa NORM sestoji iz dveh delov. Prvi del je plastično

ohišje, ki sestoji iz plastike tipa Polikarbonat Makrolon 2407 oziroma za visoke nazivne

tokove Apec 1897 natur. Ker so varovalke različnih barv, se plastičnemu granulatu

dodaja pigment določene barve po recepturi. Dobro premešan granulat plastike z

dodatkom pigmenta zahteva še proces sušenja pri določeni temperaturi. Na stroju za

brizganje tako nastanejo polproizvodi ohišja varovalk. Na strojih za sestavo varovalk se

najprej v enem kosu izseka iz traku cinkotita model priključnih nogic s povezovalnim

laskom varovalke. Nato se izsek cinkotita vstavi v plastično ohišje varovalke. Tako

nastane izdelek avtomobilska varovalka, kot jo prikazuje slika 2.1.

Slika 2.1: Avtomobilska varovalka tipa NORM

Naslednja faza je zelo pomembna, to je meritev upornosti hladne varovalke. Meritev je

izvedena tako, da se pri vsaki varovalki z avtomatizirano metodo s pomočjo integriranega

µΩ-metra izmeri upornost med nogicama varovalke. Upornost "laska", ki v primeru

preobremenitve varovalke pregori in prekine tokokrog, daje varovalki karakteristiko

pregorevanja. V primeru, da je meritev izven zahtevanih toleranc, se varovalka izvrže iz

proizvodnega procesa kot neustrezen proizvod.

Naslednja meritev je meritev dimenzij in barve vsake varovalke, ki je predmet tega

diplomskega dela. Dimenzije in barva varovalke je definirana v standardu ISO 8820-

4

3:2010. Glavni vzrok implementacije dodatne meritve dimenzij v proizvodno stezo stroja

za sestavo varovalk so proizvodi, ki ne ustrezajo zahtevam standarda. Takšnih neskladnih

proizvodov si nihče ne želi med dobrimi proizvodi. Nekaj primerov neskladnih proizvodov

je razvidnih na sliki 2.2.

Slika 2.2: Neskladni proizvodi NORM varovalke

Na osnovi izkušenj in dosedanjih dimenzijskih odstopanj smo se odločili, da izvajamo

meritev dolžine posamezne nogice in zunanjo razdaljo nogic varovalke kot prikazuje slika

2.3.

Slika 2.3: Dimenzije nogic varovalke tipa NORM

Ideja za uvedbo meritev barve plastičnega ohišja varovalk je nastala iz preprostega

razloga. Ker se na istih strojih za sestavo varovalk proizvajajo varovalke z različnimi

nazivnimi tokovi, obstaja možnost, da se med vrsto polproizvodov plastičnih ohišij

varovalk, ki se trenutno proizvajajo na določenem stroju, pojavijo v vibracijskem

zalogovniku polproizvodi drugačne barve. Ker barva po standardu ISO 8820-3:2010

5

definira karakteristiko varovalke, kot je to razvidno iz slike 2.4, bi to pomenilo, da bi

varovalka z napačno barvo ohišja definirala drugačen nazivni tok te iste varovalke.

BARVA VAROVALKE Tip varovalke

vijolična NORM 3 A

roza NORM 4 A

rjava NORM 5 A

temno rjava NORM 7.5 A

rdeča NORM 10 A

modra NORM 15 A

rumena NORM 20 A

prozorna NORM 25 A

zelena NORM 30 A

temno zelena NORM 35 A

oranžna NORM 40 A

Slika 2.4: Definicija barve varovalk tipa NORM

2.2 Zahteve za strojno opremo

Pri izboru pametne kamere moramo upoštevati nekatere najpomembnejše zahtevane

kriterije.

Kamera mora imeti ustrezno kvaliteten zajem slike, saj z natančnejšim prepoznavanjem

kontrastnih robov dosežemo boljše rezultate meritev dimenzij. Zaradi kompaktnosti

celotnega sistema ter zmanjševanja vpliva okolice na sam proizvod in posledično na

zajem slike proizvoda s strani kamere se bo kamera postavila čim bližje proizvodu. To

pomeni, da moramo izbrati lečo, ki je primerna za zajemanje slik iz neposredne bližine.

Vpliv okolice ter kriterij za doseganje stabilnosti in ponovljivosti meritev so bili eden izmed

zahtevanih kriterijev, da mora imeti kamera vgrajeno bliskavico. Zaradi refleksij, ki jih

povzroča odboj svetlobe na gladki površini plastičnega ohišja varovalke, se lahko pojavijo

težave pri definiranju kontrasta merilnega področja. Pri odbojnih refleksijah svetlobe

prihaja namreč do nedefiniranega ter naključnega senčenja neenakomerne gostote

materiala plastike ohišja varovalke zaradi vsebnosti zračnih žepkov. Ta nezaželeni pojav

igre senc nam lahko zamakne definirano merilno območje in posledično poda napačne

rezultate meritev. Prav tako je zaradi istega problema težko zagotoviti natančen nadzor

barve. Vemo pa, da mora kriterij barvne selekcije zelo zanesljivo izločati morebitne

6

neželene barve, saj te definirajo karakteristiko oziroma nazivni tok varovalke, kar je tudi

definirano v standardu ISO 8820-3:2010.

Prav tako mora imeti kamera integrirani digitalni vhod "trigger" zaradi zunanjega proženja

kamere z možnostjo nastavitve zakasnitve prožilnega signala.

Na koncu opravljene meritve mora kamera na izhodu posredovati digitalno informacijo, ali

meritev ustreza zastavljenim pogojem, ki smo si jih zastavili na osnovi standarda ISO

8820-3:2010.

Komunikacija kamere s programsko opremo naj poteka preko LAN omrežja.

Program za vizualizacijo in parametriranje kamere mora biti kompatibilen z zadnjo verzijo

operacijskega sistema Microsoft Windows.

V proizvodno stezo je potrebno dodati prostor za vgradnjo nosilca za kamero, kakor tudi

prostor za vgradnjo izmetnega cilindra, kjer se bodo slabi proizvodi ločili od dobrih v

posebej za to predviden prostor imenovan "Izmet KAMERA".

2.3 Izbor strojne opreme

Večina optičnih sistemov je zelo kompleksnih in so sestavljeni iz veliko sklopov, kot so

konzola, krmilnik, monitor, kamera, optika, osvetlitveni modul ter napajanje osvetlitvenega

modula (glej sliko 2.5). Ker je bila naša želja in hkrati tudi zahteva po kompaktnosti, so ti

kompleksni in seveda cenovno nesprejemljivi sistemi izpadli iz ožjega izbora.

Slika 2.5: Kompleksni optični sistemi

7

Na osnovi zahtev za strojno opremo smo v ožji izbor uvrstili kompaktno pametno kamero

tipa FQ2 proizvajalca OMRON. Kamero nam je svetoval strokovnjak za industrijsko

avtomatizacijo podjetja MIEL d.o.o., ki je pooblaščeni in ekskluzivni zastopnik OMRON-a v

Sloveniji. Serija pametne kamere oziroma kakor ga podjetje imenuje kamerni senzor FQ2,

ponuja novo možnost končne kontrole v kompaktni obliki. Zanjo je izdelan enostaven

vmesnik, s katerim senzor parametriramo preko namenskega terminala, ki služi tudi za

prikaz. Kot drugo možnost komunikacije s kamero uporabimo PC kompatibilno brezplačno

programsko orodje.

Na osnovi zahtev strojne opreme in optimalne možnosti vgradnje v proizvodno stezo na

stroju za sestavo varovalk smo se odločili za pametno kamero tipa FQ2-S25100N

prikazano na sliki 2.6. Kamera se je pri testiranju, kar se tiče zajema slike merjenega

proizvoda, najbolje odrezala.

Slika 2.6: Pametna kamera OMRON FQ2-S25100N

Komunikacijski vmesnik podpira zraven PLC Linka, FINS/TCP ter RS-232C tudi zelo

pogost EtherNet/IPTM, ki se vse bolj uporablja pri komunikacijskih sistemih v tovarnah po

vsem svetu. Ta vmesnik omogoča preprosto in enostavno povezavo do številnih

EtherNet/IPTM naprav, vključno z OMRON PLK. Prikaz priklopa konektorja kamere je

prikazan na sliki 2.7.

8

Slika 2.7: Priključitveni konektor s sistemom Smart Click

Zmogljivost optičnega nadzora s kamero OMRON lahko povečamo z razširitveno

vhodno/izhodno enoto, s katero povečamo število vhodno-izhodnih povezav do trikrat (glej

sliko 2.8). Razširitvena enota nam omogoča, da lahko na izhodu pridobimo na vsakem

posameznem izhodnem kanalu individualen rezultat meritve. Ta rešitev je s strani

razvojnega osebja pogostokrat zahtevana.

Slika 2.8: Razširitveni vhodno-izhodni modul kamere

Zelo hiter slikovni procesor v kameri zmore obdelati do 20 meritev predmeta na sekundo

procesiranega časa. S tako hitrim slikovnim procesorjem je moč doseči čas obdelave

50 ms ali še manj. Zmogljivosti kamere so podane v tabelaričnem prikazu slike 2.9.

9

350.000

Realistične barve

32

32

Iskanje oblik II

Iskanje

Občutljivo iskanje

Lega roba

Širina roba

Naklon roba

Območje

Podatki o barvi

Možnost označevanja

I/O

specifikacija

Komunikacija (Ethernet TCP

brez protokola, Ethernet

FINS/TCP brez protokola,

Ethernet/IP ali PLC Link)

Kontrola

TEHNIČNI PODATKI KAMERE OMRON FQ2-S25100NŠtevilo točk senzorja (pixels)

Barva

Število hkratnih meritev

Število registriranih scen

Slika 2.9: Zmogljivosti kamere OMRON FQ2-S25100N

Proizvajalec se ponaša tudi s tremi ključnimi tehnologijami za dosego kristalno jasne slike.

Zaznavanje realnih barv je posledica izjemno hitre in napredne tehnologije obdelave

barvne slike s skupno 16,7 milijonov barv (256 tonov na RGB kanal). To pomeni, da

obdelavo slik izvedemo z enakimi informacijami o barvah, kot so vidne človeškemu očesu.

Stabilnost meritve se lahko izvede na podlagi osvetljevanja, ki je zelo podobno naravni

svetlobi. Visoki dinamični razpon občutljivosti "HDR Sensing" zmanjša vpliv bleščanja

osvetlitve in tako omogoča zelo točne meritve. Polarizacijski filter z močno LED osvetlitvijo

nam omogoča, kljub težkim pogojem zaradi refleksij svetlobe na površinah merjenega

predmeta, natančno meritev. Ker nam takšen filter zmanjša kontrastno razmerje slike, je

OMRON razvil lasten sistem visoko zmogljivega optičnega sistema razsvetljave za

učinkovito uporabo LED moči. Takšen sistem zagotavlja zadostno količino osvetlitve

zaradi meritve kljub uporabi polarizacijskega filtra, kot prikazujejo slike 2.10, 2.11 in 2.12.

10

Slika 2.10: Standardna osvetlitev - odboj svetlobe

Slika 2.11: Standardna osvetlitev s polarizacijskim filtrom - slika je temna in meritev nestabilna

Slika 2.12: Močna osvetlitev s polarizacijskim filtrom – slika je svetla, ni odbojev svetlobe

Kamero odlikuje širokokotna optika, ki omogoča vgradnjo naprave v neposredno bližino

merjenega objekta. Zaradi bližine pa ne izgubimo velikega vidnega polja, katerega

potrebujemo za zajem slike celotnega proizvoda. Širina vidnega polja kamere je prikazana

na sliki 2.13.

11

Slika 2.13: Vidno polje kamere OMRON FQ2-S25100N

H kameri je priložen tudi nosilec kamere, ki omogoča večsmerno pritrditev na montažno

ogrodje, kar pomeni, da lahko kamero usmerimo v vse štiri možne vertikalne in

horizontalne smeri kot prikazuje slika 2.14. Ker sta LED osvetlitev in kamera del enega

ohišja, je pritrditev takšnega sistema zelo enostavna.

Slika 2.14: Večsmerni montažni nosilec kamere

Kamera ima možnost nastavljanja ostrenja leče za doseganje čiste in ostre slike na

želenem področju in oddaljenosti opazovanja kot prikazuje slika 2.15.

12

Slika 2.15: Nastavljanje ostrenja leče na kameri OMRON FQ2

OMRON nam kot orodje za nastavitve in spremljanje meritev slik kamere ponuja dve

možni rešitvi. Prva je uporaba zunanje enote "Touch Finder", katera se kot majhen zaslon,

občutljiv na dotik, uporablja na samem kraju meritve, kjer lahko tudi spreminjate

nastavitve parametrov kamere in meritev. Druga možnost je uporaba brezplačne

programske opreme za osebne računalnike "PC-Tool", katero si lahko ob nakupu kamere

OMRON po registraciji naprave prenesemo iz proizvajalčevih strežnikov. Obe možnosti

nastavitvenih orodij sta prikazani na sliki 2.16.

Slika 2.16: Nastavitvena orodja "Touch Finder" in "PC Tool"

13

2.4 Opis delovanja

Osnovni princip programa industrijskega krmilnika ter optičnega nadzora dimenzij in barve

se odvija v sosledju kot ga prikazujeta sliki 2.17 in 2.18.

Po premiku varovalk v stezi krmilnik preko vhoda kamere "TRIG" poda zahtevo za

izvajanje optičnega pregleda. Po optičnem pregledu krmilnik preveri rezultat meritve

kamere in glede na rezultat meritve poskrbi, da bo varovalka, ki je bila ocenjena kot

skladna z zahtevami, izvržena s steze med dobre varovalke. Varovalke, katerih ocena ni

bila v skladu z zahtevanimi, pa bo izvržena med neskladne proizvode.

Kamera v trenutku postavitve signala na vhodu "TRIG" na vrednost "1" zajame sliko

proizvoda. Na osnovi predhodno definirane procedure nastavljenih meritev ter mej

tolerance kamera na izhodu "OUT0" poda ustrezen digitalni signal. V primeru, da so vse

meritve ustrezale definiranim zahtevam, kamera postavi izhod "OUT0" na vrednost "1". V

nasprotnem primeru je vrednost izhoda enaka "0".

Slika 2.17: Diagram poteka procesa optične kontrole kamere

14

Slika 2.18: Časovni diagram poteka procesa kamere

15

3 POSAMEZNI SKLOPI SISTEMA KONTROLE DIMENZIJ IN BARVE VAROVALK

3.1 Industrijsko krmilno vezje

Industrijsko krmilno vezje prikazano na sliki 3.1 je razvojno delo podjetja MIKROVA s.p. iz

Poljčan.

Slika 3.1: Industrijski krmilnik V2 nano REVC

16

Nalaganje programa v krmilnik se izvede s močjo programa "Megaload" in kabelske

povezave med računalnikom in RS-232 komunikacijskimi vrati krmilnika kot prikazuje slika

3.2.

Slika 3.2: Programsko orodje "MegaLoad"

3.2 Kamera z nosilcem

Za pametno kamero OMRON FQ2-S25100N, katera je bila izbrana za izvedbo optične

kontrole in omenjena že v predhodnih poglavjih, smo izdelali nosilec. Nosilec kamere je bil

predviden za dve kameri, zato ima že sedaj takšno obliko zasnove. Ena kamera je bila

predvidena za opravljanje meritve dimenzij in barve, druga pa za meritev OCR (Optical

character recognition) zaradi odtisa nazivnega toka na vrhu varovalke, kar pa je

predvideno za naslednji projekt.

Zaradi vgradnje konstrukcije nosilca za kamero ter vgradnje pnevmatskega cilindra za

izločevanje neustreznih proizvodov zaradi optične kontrole kamere s proizvodne steze, je

bilo stezo potrebno ustrezno podaljšati. Prav tako je bilo potrebno premakniti komponente,

ki so bile predvidene kot naslednji proces za optično kontrolo in procesom izmeta s

pnevmatskim cilindrom zaradi meritve s kamero proti koncu steze. Dokončna razporeditev

procesov na proizvodni stezi stroja za sestavo varovalk je razvidna iz slike 3.3.

17

Slika 3.3: Proizvodna steza stroja za sestavo varovalk

Načrtovanje konstrukcije nosilca (glej sliko 3.4) se je opravilo s programskim orodjem

"SolidWorks" in se nato izdelala na stroju žične erozije izdelovalca FANUC.

Slika 3.4: Nosilec kamere v prerezu

V fazi testiranja zaradi definiranja ugodnega položaja kamere glede na proizvod se je

določila oddaljenost kamere od proizvoda. Razdaljo smo izmerili med središčem

polarizacijskega filtra in naležno površino steze, po kateri drsi varovalka. Razdalja znaša

35 mm. Ker je kljub uporabi polarizacijskega filtra prihajalo do velikih svetlobnih refleksij

na površju plastičnega ohišja varovalke, smo kameri zmanjšali kot naklona za 16°. V

takšnem položaju smo v fazi testiranja pridobili stabilnejše rezultate meritev na vseh tipih

NORM varovalk. Lega kamere glede na proizvod je vidna na slikah 3.5, 3.6 in 3.7.

18

Slika 3.5: Želeni položaj kamere nad proizvodom

Slika 3.6: Nosilec kamere v stezi, stranski pogled

19

Slika 3.7: Nosilec kamere v stezi, pogled od zgoraj

3.3 Programska oprema za vizualizacijo in parametriranje kamere

Ker je sestavni del vsakega stroja za sestavo varovalk tudi PC z operacijskim sistemom

Microsoft Windows, smo se med zunanjo enoto z zaslonom, občutljivim na dotik "Touch-

Finder" in Microsoft Windows kompatibilno programsko opremo "PC-Tool", raje odločili za

slednjo, kot je prikazano na slikah 3.8 in 3.9. "TouchFinder" za PC inštalacijsko datoteko

smo po registraciji kamere iz OMRON-ovega strežnika prenesli na naš računalnik. Ker

ima obstoječi PC dva Ethernet priključka, smo kamero preko mrežnega vodnika povezali

neposredno z računalnikom. Po inštalaciji v operacijski sistem Windows smo opravili v

osnovnem meniju programa "TouchFinder" za PC osnovne komunikacijske nastavitve.

Slika 3.8: Zagon programa "TouchFinder" za PC

20

Slika 3.9: "TouchFinder" osnovna slika

3.4 Pnevmatski cilinder za izmet neskladnih proizvodov zaradi

meritve kamere

Pnevmatski cilinder za izmet neskladnih varovalk zaradi meritve s kamero (slika 3.10) je

narejen tako, da je od mesta varovalke pod kamero do mesta varovalke pri izmetu

razdalja natanko za štiri varovalke. Ta razdalja je tudi upoštevana v kodi programa.

Pnevmatski cilinder preko proženja krmilnika na digitalnem izhodu "OUT117" s steze

izvrže neskladne varovalke v zato predviden zbiralnik. S kontrolnim senzorjem, pritrjenim

na cilinder, sporočimo krmilniku na digitalni vhod "IN125", da se je ukaz izvedel. Kamera v

kombinaciji z izmetnim cilindrom zaradi slabe dimenzije ali barve je prikazana na sliki

3.11.

Slika 3.10: Pnevmatski cilinder za izmet neskladnih proizvodov

21

Slika 3.11: Kamera v kombinaciji z izmetnim cilindrom v proizvodni stezi

22

4 POVEZOVANJE KOMPONENT

4.1 Povezovanje krmilnika s kamero in pnevmatskim cilindrom

Kamera se napaja preko istega napajalnika kakor industrijski krmilnik z izhodno

napetostjo 24 VDC. Trigger vhod kamere "TRIG" povežemo z digitalnim izhodom

"OUT116" krmilnika. Digitalni izhod kamere "OUT0" povežemo z digitalnim vhodom

krmilnika "IN113". Cilinder za izmet neskladnih proizvodov zaradi optične kontrole

povežemo z digitalnim izhodom krmilnika "OUT117". Kontrolni senzor pnevmatskega

cilindra za izmet neskladnih proizvodov pa povežemo z digitalnim vhodom krmilnika

"IN125" kot prikazuje slika 4.1.

Slika 4.1: Vezalna shema priklopa kamere in izmetnih cilindrov na krmilnik

23

4.2 Povezovanje kamere z računalnikom preko LAN

Povezovanje kamere se je preko komunikacijskega vmesnika EtherNet/IPTM izvedlo z

LAN vodnikom. Računalnik je kamero avtomatično prepoznal kot Ethernet 2 povezavo kot

prikazuje slika 4.2.

Slika 4.2: Prepoznavanje kamere na PC kot Ethernet 2

Na računalniku je bilo potrebno nastaviti v povezavi Ethernet 2 statični IP (Internet

Protocol) kot prikazuje slika 4.3. Kot statični naslov IP smo vpisali želeni naslov

komunikacijskega vmesnika Ethernet, preko katerega je bila povezana kamera. Privzeti

prehod je IP naslov zunanjega usmerjevalnika "router". Pri maski podomrežja ne

spreminjamo ničesar.

Slika 4.3: Vnos statičnega IP na računalniku

24

Na kameri je bilo prav tako potrebno nastaviti statični IP kot prikazuje slika 4.4. Pod točko

1 smo izklopili avtomatsko dodeljevanje IP-ja, pod točko 2 smo vnesli želeni statični IP

kamere, pod točko 3 nismo delali sprememb.

Slika 4.4: Vnos statičnega IP v kameri

25

5 PROGRAMIRANJE IN PARAMETRIRANJE

5.1 Dodatek programa za industrijski krmilnik

Industrijski krmilnik, kakor tudi osnovni program za delovanje stroja za sestavo varovalk,

je rezultat dela podjetja MIKROVA Valant Andrej s.p. iz Poljčan. Pod njegovim

mentorstvom smo v obstoječi glavni program, poimenovan "program.c", vključili program

"vision.c", ki smo ga napisali za izvajanje optične kontrole dimenzij in barve. Kot

programsko orodje za urejanje programa industrijskega krmilnika smo uporabili

"CodeVisionAVR" kot prikazuje slika 5.1.

Slika 5.1: Vključitev "program_vision.c" v glavni program

26

Konstante, potrebne za delovanje "vision" sistema, so definirane v "definicije_user.c" kot

prikazuje slika 5.2.

Slika 5.2: Definiranje časovnih konstant za "Vision"

Program industrijskega krmilnika se prevede s pritiskom na ikono "Build all project files"

kot prikazuje slika 5.3.

27

Slika 5.3: Prevajanje programa vision

Po končanem prevajanju prevajalnik programa "CodeVisionAVR" izpiše statistiko

procedure prevajanja programa za industrijski krmilnik kot prikazuje slika 5.3.

Slika 5.4: Izpis statistike prevajanja programa "vision"

28

Prevajalnik ustvari po prevajanju datoteko HEX s strojno kodo za mikrokrmilnik

industrijskega krmilnika V2 nano z imenom projekta "Varovalke.hex".

Princip delovanja komponente programa industrijskega krmilnika "vision" je opisan v

naslednjih vrsticah.

Ko se varovalke na stezi premaknejo "Proces24==1", pošlje krmilnik preko izhoda

"out116" pulz na "TRIG" vhod kamere za začetek izvajanja optičnega pregleda. Pulz je

časovno zakasnjen ("Zakasnitev_starta_kamere") zato, da se varovalke na stezi po

premiku umirijo in tako omogočijo stacionaren zajem slike. V fazi trajanja meritve kamere

se postavita marker "m55" za meritev dimenzij in barve ter marker "m58" za meritve

teksta na vrednost "1", kar pomeni neustrezna varovalka. Rezultati meritev dimenzij in

barve se preberejo iz pomičnega registra "dword21", rezultati meritev teksta pa iz registra

"dword20", in sicer z zamikom koliko varovalk je od mesta izmeta do mesta meritve. Če je

v registru zapis, da je varovalka skladna z definiranimi zahtevami, izbriše oba markerja

"m55" in "m58". Če ima kateri od markerjev vrednost "1", poveča pripadajoči števec slabih

varovalk in sicer za slabo barvo ali dimenzijo "Stevec_slabB" ali pa za slabi tekst

"Stevec_slabT" in še skupni števec "Stevec_VseSlabe1". Če je varovalka nad izmetom

zaradi kamere bila dobra, se jo izvrže s steze pri končnem izmetu "out123" med dobre

varovalke. Programu na PC-ju z brisanjem bitov 16 do 23 v registru "Upornost1" sporoči,

da so meritve dimenzij in barve ter meritev napisa v redu. V času, ko je program preveril

vrednosti v pomičnem registru za varovalko, ki je trenutno na poziciji "izmet kamera", je

tudi kamera že končala z meritvijo varovalke "proces24==30". Prebrana vrednost iz

kamere se shrani v pomični register na lokaciji "dword21".

29

Koda programa "vision.c" prikazana na slikah 5.5 in 5.6:

Slika 5.5: Program "vision.c" stran 1

30

Slika 5.6: Program "vision.c" stran 2

31

Prenos strojne kode v krmilnik se vrši s programom "MegaLoad" kot prikazuje slika 5.7.

1. Izbere se program "Varovalke.hex".

2. Izberejo se komunikacijska vrata.

3. Nastavi se hitrost povezave do krmilnika 38400 bps.

4. Po potrditvi "Send Reset" se program naloži v krmilnik.

5. V polju 5 je prikazan potek programiranja.

Slika 5.7: Prenos strojne kode v krmilnik s programom "MegaLoad"

Ko je nalaganje programa končano, mora v okencu "Messeges" izpisati "Flash Prog

Done!" kot prikazuje slika 5.8. Takrat je program uspešno naložen v krmilnik.

32

Slika 5.8: Uspešno dokončanje prenosa strojne kode v krmilnik

Delovanje programa "vision" smo med preizkušanjem spremljali s pomočjo programa "V2

Monitor" kot je razvidno iz slik od 5.9 do 5.14.

Slika 5.9: "V2 Monitor" nastavitve povezave do programa krmilnika

33

Slika 5.10: "V2 Monitor" kontrola vhodov krmilnika

Slika 5.11: "V2 Monitor" kontrola izhodov krmilnika

34

Slika 5.12: "V2 Monitor" kontrola markerjev

Slika 5.13: "V2 Monitor" kontrola procesov

35

Slika 5.14: "V2 Monitor" kontrola časovnika "t14"

5.2 Parametriranje kamere

Pametna kamera FQ2-S25100N proizvajalca OMRON ima veliko možnosti nastavljanja in

prilagajanja nastavitev parametrov kamere glede na okoljske vplive, kakor tudi vplive

merjenca na zajem kakovostne slike.

V programu Touch Finder smo najprej popravili nastavitve kot prikazuje slika 5.15, ki

imajo največji vpliv na kvaliteto zajema slike. Kot prvi parametri so v meniju "Camera

setup" osvetlitev "Brightness", nastavitev intenzivnosti LED osvetlitve in drugi. Tukaj smo

nastavili parametre tako, da smo dobili najboljšo možno sliko.

Slika 5.15: Nastavitev osvetlitve kamere

36

Nastavitev kompenzacije položaja slike "Position compensation" kot prikazuje slika 5.16, je zelo

dobrodošel dodatek, saj tukaj določimo, kako bo kamera kompenzirala sliko, da bodo meritve

vedno stabilne in na istem mestu. To pride še posebej prav takrat, kadar imajo merjenci pretežno

dinamičen značaj položaja v proizvodni stezi. Kamera si zapomni sliko notranjega zelenega

pravokotnika in jo išče v območju zunanjega zelenega pravokotnika. Področja seveda lahko

poljubno spreminjamo, dokler ne dosežemo najboljših rezultatov meritev.

Slika 5.16: Nastavitev kompenzacije slike

V skupini nastavitev kontrole "Inspection" (slika 5.17) smo nastavili parametre za meritve

barve in dimenzij. V meniju, ki smo ga poimenovali "Color Data" (podatki o barvi), smo

določili območje z zelenim pravokotnikom na varovalki in kamero naučili s pritiskom na

ikono "TEACH", kakšna barva je za nas sprejemljiva.

Slika 5.17: Določili smo območje meritve in kamero naučili, katera barva je prava

37

Seveda smo določili tudi meje, do koder sme priti do odstopanj pri meritvi barve kakor je

razvidno iz slike 5.18.

Slika 5.18: Določanje meje odstopanja prepoznave barve

Naslednja meritev, ki smo jo določili, je meritev zunanje razdalje med nogicama

varovalke. Tudi tukaj smo najprej določili območje meritve in robne pogoje, na osnovi

katerih se opravlja meritev. Prav tako smo določili tudi zgornje meje odstopanja kot je

razvidno iz slike 5.19.

Slika 5.19: Določitev območja meritve zunanje razdalje med nogicama varovalke

Iz grafa razvidno kontrastno razmerje robnih nivojev (slika 5.20) nam pomaga določiti

višino signala kontrasta (modra črta) in pa zgornjo mejo motnje (rumena črta), ki jo

kamera zazna v sliki.

38

Slika 5.20: Določanje meje robnega nivoja signala

Na enak način smo določili območje meritve še za dolžini obeh nogic varovalke kot

prikazujeta sliki 5.21 in 5.22.

Slika 5.21: Določanje območja meritve dolžine nogice 1

39

Slika 5.22: Določanje območja meritve dolžine nogice 2

V naslednjem koraku smo določili, kaj je potrebno meriti oziroma kateri parametri nas

sploh zanimajo kot prikazuje slika 5.23. Tako smo določili, da nas zanimajo parametri o

rdeči, zeleni in modri barvi. Prav tako nas zanima parameter o zunanji razdalji med

nogicama kakor tudi parameter dolžine nogice 1 in dolžine nogice 2.

Slika 5.23: Definiranje parametrov, ki jih želimo meriti

V podmeniju lahko za vsak želeni parameter izberemo pripravljeno programsko orodje, v

katerem določimo, ali želimo gledati na primer rdečo barvo oziroma neko razdaljo s

konstantnimi vrednostmi. Lahko pa vrednosti o karakteristiki meritve sami definiramo in

vnašamo poljubne parametre. Kot tretjo možnost lahko uporabimo za posamezne meritve

matematične formule oziroma izračune kot prikazuje slika 5.24.

40

Slika 5.24: Definiranje vrste programskega orodja za določeno meritev

V naslednjem koraku smo določili spodnje in zgornje mejne vrednosti parametrov meritev.

V meniju Inspect→Calculations→Settings→Judgement nastavimo za vsak parameter

spodnjo in zgornjo sprejemljivo mejo meritve kot prikazujejo slike od 5.25 do 5.30.

Slika 5.25: Določanje spodnje in zgornje meje parametra meritve RDEČE barve

41

Slika 5.26: Določanje spodnje in zgornje meje parametra meritve ZELENE barve

Slika 5.27: Določanje spodnje in zgornje meje parametra meritve MODRE barve

Slika 5.28: Določanje spodnje in zgornje meje parametra meritve širine nogic

42

Slika 5.29: Določanje spodnje in zgornje meje parametra meritve "dolžina nogica 1"

Slika 5.30: Določanje spodnje in zgornje meje parametra meritve "dolžina nogica 2"

V meniju Setup→In/Out→I/O setting→I/O terminals nastavljamo, kako naj se obnašajo

določeni izhodi in vhodi prikazano na slikah 5.31 in 5.32. Tukaj smo na primer določili, da

je rezultat meritve posredovan na digitalni izhod kamere "OUT0", da posreduje na izhod

kot rezultat meritve kratek impulz, možnosti nastavitev časovnikov, vendar vsega tega za

naše meritve nismo potrebovali.

43

Slika 5.31: Nastavitve karakterja izhodov

Slika 5.32: Nastavitve karakterja izhodov

Na I/O monitorju lahko opazujemo aktivnosti "trigger"-ja, vhodov in izhodov kamere v

realnem času kot prikazuje slika 5.33.

44

Slika 5.33: Aktivnosti "trigger"-ja, vhodov in izhodov kamere v realnem času

Predenj zaženemo meritev v avtomatski način delovanja, še preverimo v testnem načinu

delovanja, kako se posamezne meritve odzivajo oziroma kakšna je stabilnost in

ponovljivost meritev. Da lahko meritve opazujemo v testnem načinu, gremo v meniju na

Test→Continuous test→Graphics+Details.

Vse ali pa posamezne nastavitve parametrov shranimo v meniju "Save to file" oziroma

prikličemo iz menija "Load from file" kot prikazuje slika 5.34.

Slika 5.34: Shrani oziroma prikliči parametre meritev

"Touch finder" lahko nastavimo na tak način delovanja, da nam pokaže samo zadnjo sliko

slabe meritve kot prikazuje slika 5.35.

45

Slika 5.35: Slika zadnje slabe izvedene meritve

Osnova za določanje zgornje in spodnje meje parametrov dimenzij in barve je standard

ISO 8820-3:2010. Standard natanko definira, kakšna dimenzijska odstopanja so še

dovoljena in kakšne barve pripadajo h kateri varovalki z določenim nazivnim tokom. Iz

tega razloga smo izdelali vzorčne varovalke, ki vsebujejo mejne vrednosti dimenzij, na

osnovi katerih smo nastavili mejne vrednosti parametrov kamere. Prav tako smo pripravili

vzorce varovalk vseh tipov barv zaradi testiranja meritve barve.

46

6 TESTIRANJE IN ODPRAVA NAPAK

6.1 Testiranje meritve dimenzije

Vzorci varovalk zaradi testiranja meritve dimenzij imajo vsak svojo specifično dimenzijsko

vrednost kot je prikazano na sliki 6.1.

Širina nogic

(mm)

Dolžina nogice 1

(mm)

Dolžina nogice 2

(mm)

NORM 1 14,3 6,45 6,5

NORM 2 14,27 6,45 6,05

NORM 3 14,2 6,8 6,8

NORM 4 14,25 6,5 6,45

Dimenzijski vzorci NORM varovalk

Rdeče obarvane vrednosti so izven predpisanih toleranc!

Slika 6.1: Dimenzijski vzorci NORM varovalk

Pri dimenzijskem vzorcu NORM 1 ( slika 6.2) smo ugotovili, da je vrednost meritve dolžine

nogic malenkostno odstopala od nastavljene sredinske vrednosti.

Nastavljena srednja vrednost dolžine nogice je 140 točk. Preračunana toleranca v točkah

je ±6 točk.

Nastavljena srednja vrednost širine nogic je 304 točke. Preračunana toleranca v točkah je

±4 točke.

47

Slika 6.2: Dimenzijski vzorec NORM 1

Pri dimenzijskem vzorcu NORM 2 (slika 6.3) vidimo prikaz meritve, da je dolžina nogice 2

izven tolerance, torej manj od predvidene spodnje meje 136 točk. Ker pa je bila spodnja

meja tolerance v tem primeru nastavljena na 135 točk, je bila meritev definirana kot dobra.


Meritev dimenzijskega vzorca NORM 3 jasno pokaže rahlo odstopanje od zgornje

dovoljene meje dolžine obeh nogic kot prikazuje slika 6.4. Napako pri merjenju širine

nogic opazimo zaradi nastanka senčenja na podlago. Zaradi tega je upadlo kontrastno

razmerje in kamera ni več jasno prepoznala roba nogice. Anomalijo smo popravili z

zmanjšanjem jakosti LED osvetlitve.

48


Tudi pri dimenzijskem vzorcu NORM 4 (slika 6.5) je bila zaznana enaka napaka meritve

širine nogic zaradi prevelikega senčenja. Dolžine nogic so izmerjene brezhibno.


V nadaljevanju je na slikah od 6.6 do 6.11 prikazanih še nekaj primerov zaznanih

neskladnih proizvodov pri testiranju:

49

Slika 6.6: Primer meritve neskladnega proizvoda



50




51

6.2 Testiranje meritve barve

Pripravljene vzorce vseh tipov barv smo v avtomatskem režimu delovanja stroja za

sestavo varovalk spustili skozi meritev kamere. Nastavljena želena barva je bila prozorna,

kar pomeni, da je to 25 A NORM varovalka. Pričakujemo, da bodo vse preostale barve

prepoznane kot neskladni proizvod in temu primerno tudi izvržene s proizvodne steze.

Rezultati testiranj so prikazani na slikah od 6.12 do 6.33:

Slika 6.12: Meritev barve 7.5 A NORM

Slika 6.13: Meritev barve 7.5 A NORM

52

Slika 6.14: Meritev barve 5 A NORM



53




54




55




56




57




58



59

7 SKLEP

Na osnovi testiranj in pridobljenih rezultatov sistema optične kontrole s kamero OMRON

FQ2-S25100N smo dokazali, kako velik tehnološki napredek se je zgodil na tem

segmentu visokotehnoloških rešitev. Ob pravilnih nastavitvah parametrov kamere in ob

upoštevanju vplivov okolja na kvaliteten zajem slike merjenca oziroma območja meritve

smo poželi zelo dobre rezultate meritev. Če upoštevamo še kriterij cenovnega stroška

pridobitve sistema ter kompaktnosti, lahko zagotovo potrdim, da so sistemi za optični

nadzor v današnjem času dostopni tudi manjšim proizvodnim podjetjem oziroma

podjetjem z manjšim finančnim proračunom za investicije.

Meritev dimenzij smo načrtovali po zelo strogih kriterijih odstopanj iz standarda ISO 8820-

3:2010. Zaradi igre senc v plastičnem ohišju varovalke smo pridelali nekoliko več

neskladnih proizvodov, kot jih je bilo v resnici. Vsako senčenje nam je povzročilo

debelejšo robno črto, katero ima kamera definirano kot začetno ali končno za meritev

razdalje. Ker je bilo takšnih proizvodov manj kot 0,3 %, smo se odločili, da je to zadosten

in sprejemljiv rezultat meritev in ga lahko vključimo v redni proizvodni proces. V bistvu

nam je bil končni cilj eliminirati neskladne proizvode z zelo velikimi odstopanji, kot je na

primer varovalka z močno zvitimi nogicami, plastično ohišje, ki ni bilo v celoti vbrizgano in

mu je manjkal del ohišja, in podobni primeri, kakor videno pri proizvodih na sliki: z

neskladnimi proizvodi NORM varovalke. Takšne varovalke se pri testiranjih niso nikoli

pojavile med skladnimi proizvodi, zato je ocena uspeha optičnega nadzora popolna.

Rezultat meritve barve varovalk je prav tako ob pravilni nastavitvi parametrov kamere ter

upoštevanju vplivov okolice pokazal 100 % zanesljivost. Med skladnimi proizvodi se ni

pojavila niti ena varovalka drugačne barve od izbrane.

Ker smo v fazi testiranja ugotovili dodaten problem, ki nastane zaradi nepopolnega

vročega tiskanja nazivnega toka na vrhu plastičnega ohišja varovalke, smo se odločili, da

bomo projekt optične kontrole v prihodnje razširili in dodali pametno kamero, ki bo

nadzirala OCR kvaliteto odtisa vročega tiska.

60

8 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV

[1]. Wikipedija, Strojni vid, Uporaba, 2013. Dostopno na:

https://sl.wikipedia.org/wiki/Strojni_vid

[2]. OMRON, Kategorija proizvodov optičnih senzorjev, Pametne kamere tipa FQ2,

2016. Dostopno na: https://www.ia.omron.com/products/family/3131/

[3]. MIEL elektronika d.o.o., Senzorika FQ2

http://www.miel.si/portfolio-items/nj5-6/

[4]. ISO 8820-3:2010 Cestna vozila – talilne varovalke z ploščicami vtičnega tipa, ISO

copyright office, Geneva, Switzerland 2010, 01.06.2010

https://sl.wikipedia.org/wiki/Strojni_vid

https://www.ia.omron.com/products/family/3131/

http://www.miel.si/portfolio-items/nj5-6/

61

I Z J A V A O A V T O R S T V U

Spodaj podpisani/-a Igor BEDÖK

z vpisno številko 93492745

sem avtor/-ica diplomskega dela z naslovom:

OPTIČNA KONTROLA PROIZVODOV Z UPORABO PAMETNE KAMERE

(naslov diplomskega dela)

S svojim podpisom zagotavljam, da:

sem diplomsko delo izdelal/-a samostojno pod mentorstvom doc. dr. Darko HERCOG in somentorstvom doc. dr. Nenad MUŠKINJA.

so elektronska oblika diplomskega dela, naslov (slov., angl.), povzetek (slov., angl.) ter ključne besede (slov., angl.) identični s tiskano obliko diplomskega dela.

soglašam z javno objavo elektronske oblike diplomskega dela v DKUM.

V Mariboru, dne 23.08.2016

Podpis avtorja/-ice:

62

IZJAVA O USTREZNOSTI ZAKLJUČNEGA DELA

Podpisani mentor : doc. dr. Darko HERCOG

_____________________________________________

(ime in priimek mentorja)

in somentor (eden ali več, če obstajata):

______________doc. dr. Nenad MUŠKINJA_______________________________

(ime in priimek somentorja)

Izjavljam (-va), da je študent

Ime in priimek:___Igor BEDÖK______________________________

Vpisna številka:__93492745______________________________

Na programu: ___ELEKTROTEHNIKA - AVTOMATIKA___________________________

izdelal zaključno delo z naslovom:

_______OPTIČNA KONTROLA PROIZVODOV Z UPORABO PAMETNE KAMERE____

(naslov zaključnega dela v slovenskem in angleškem jeziku)

_______VISUAL INSPECTION OF PRODUCTS USING SMART CAMERA___________

v skladu z odobreno temo zaključnega dela, Navodilih o pripravi zaključnih del in mojimi (najinimi oziroma našimi) navodili. Preveril (-a, -i) in pregledal (-a, -i) sem (sva, smo) poročilo o plagiatorstvu. Datum in kraj: Podpis mentorja: Datum in kraj: Podpis somentorja (če obstaja): Priloga:

- Poročilo o preverjanju podobnosti z drugimi deli.

2

IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUČNEGA

DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV

Ime in priimek avtorja-ice: Igor BEDÖK

Vpisna številka: 39492745

Študijski program: ELEKTROTEHNIKA - AVTOMATIKA

Naslov zaključnega dela: OPTIČNA KONTROLA PROIZVODOV Z UPORABO

PAMETNE KAMERE

Mentor: doc. dr. Darko HERCOG

Somentor: doc. dr. Nenad MUŠKINJA

Podpisani-a Igor Bedök izjavljam, da sem za potrebe arhiviranja oddal elektronsko verzijo zaključnega dela v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Zaključno delo sem izdelal-a sam-a ob pomoči mentorja. V skladu s 1. odstavkom 21. člena Zakona o avtorskih in sorodnih pravicah dovoljujem, da se zgoraj navedeno zaključno delo objavi na portalu Digitalne knjižnice Univerze v Mariboru. Tiskana verzija zaključnega dela je istovetna z elektronsko verzijo elektronski verziji, ki sem jo oddal za objavo v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru.

Zaključno delo zaradi zagotavljanja konkurenčne prednosti, varstva industrijske lastnine ali tajnosti podatkov naročnika: ne sme biti javno dostopno do (datum odloga javne objave ne sme biti daljši kot 3 leta od zagovora dela).

Podpisani izjavljam, da dovoljujem objavo osebnih podatkov, vezanih na zaključek študija (ime, priimek, leto in kraj rojstva, datum zaključka študija, naslov zaključnega dela), na spletnih straneh in v publikacijah UM. Datum in kraj: Podpis avtorja-ice: Podpis mentorja: (samo v primeru, če delo ne sme biti javno dostopno)

Podpis odgovorne osebe naročnika in žig: (samo v primeru, če delo ne sme biti javno dostopno)

II

Documents

OPTIČNA KONTROLA PROIZVODOV