Robotická kontrola kvality – budoucnost výroby založená na kamerovém vidění

Moderní průmyslová automatizace dnes nabízí řešení v podobě robotické kontroly kvality využívající strojové vidění. Kombinace průmyslových kamer, umělé inteligence, robotů a pokročilého softwaru umožňuje provádět kontrolu výrobků s vysokou přesností, opakovatelností a rychlostí.

Nejde přitom pouze o nahrazení lidského oka. Správně navržený systém dokáže odhalit vady, které jsou pro člověka obtížně rozpoznatelné, a zároveň poskytuje cenná data pro další optimalizaci výroby.

Proč automatizovat kontrolu kvality?

Každá výrobní firma řeší stejné cíle:

• minimalizovat počet reklamací,

• zajistit stabilní kvalitu výroby,

• zvýšit produktivitu,

• snížit náklady na kontrolu,

• získat zpětnou dohledatelnost výroby.

Ruční kontrola má však své limity.

Operátor může během směny zkontrolovat tisíce dílů. S narůstající únavou přirozeně klesá schopnost soustředění i pravděpodobnost odhalení drobných vad. Robotický systém naproti tomu kontroluje každý výrobek stejným způsobem – první kus i desetitisící.

Výsledkem není pouze vyšší kvalita, ale především její dlouhodobá stabilita.

Co je strojové vidění?

Strojové vidění je technologie, která umožňuje automaticky analyzovat obraz získaný z průmyslových kamer.

Typická sestava zahrnuje:

• průmyslovou kameru,

• vhodné osvětlení,

• objektiv,

• výpočetní jednotku,

• software pro zpracování obrazu,

• komunikaci s PLC nebo robotem.

Robot následně na základě výsledku kontroly provede požadovanou akci – odebere neshodný díl, upraví svou trajektorii nebo předá výrobek do další výrobní operace.

Co lze pomocí kamer kontrolovat?

Možností je dnes překvapivě mnoho.

Mezi nejčastější aplikace patří:

• kontrola přítomnosti dílů,

• správná orientace výrobků,

• měření rozměrů,

• kontrola polohy součástí,

• detekce deformací,

• kontrola svarů,

• kontrola naneseného lepidla nebo tmelu,

• kontrola těsnění,

• čtení QR a Data Matrix kódů,

• OCR čtení popisů,

• kontrola barev,

• detekce povrchových vad,

• kontrola montáže.

Ve stále větší míře se využívají také 3D kamery, které umožňují kontrolovat výšku, objem nebo tvar výrobků.

Kdy postačí klasické zpracování obrazu a kdy nastupuje umělá inteligence?

To je jedna z nejčastějších otázek zákazníků.

Klasické algoritmy strojového vidění jsou ideální tam, kde:

• je výrobek přesně definovaný,

• podmínky jsou stabilní,

• hledáme konkrétní geometrické znaky,

• měříme rozměry,

• čteme kódy.

  Pokud však kontrolujeme například:

• nepravidelné povrchové vady,

• kosmetické defekty,

• škrábance,

• texturu materiálu,

• rozdíly vzhledu,

začínají se prosazovat systémy využívající umělou inteligenci a hluboké neuronové sítě.

Ty se dokáží naučit rozpoznávat vady podobně jako zkušený kontrolor, přičemž si zachovávají vysokou opakovatelnost a rychlost.

Robot a kamera – ideální kombinace

Samotná kamera často nestačí.

Robot umožňuje:

• přiblížit kameru ke kontrolovanému místu,

• kontrolovat výrobek z více stran,

• měnit úhel pohledu,

• otáčet výrobkem během kontroly,

• kombinovat více kamer v jednom procesu.

To otevírá možnosti kontroly i u velmi složitých výrobků, které by nebylo možné zkontrolovat z jediné pevně umístěné kamery.

Robot navíc může po dokončení kontroly automaticky rozdělit výrobky na OK a NOK kusy nebo provést další výrobní operaci.

Důležitější, než kamera je správný návrh celého systému

Při návrhu kontrolního pracoviště se často řeší především výběr kamery.

Ve skutečnosti bývá rozhodující něco jiného.

Velkou část úspěchu tvoří:

• kvalitní osvětlení,

• stabilní mechanické ustavení výrobku,

• opakovatelná poloha dílu,

• správná optika,

• eliminace odlesků,

• vhodná konstrukce přípravku,

• kvalitní software.

Sebelepší kamera nedokáže kompenzovat špatně navržené osvětlení nebo nestabilní polohu kontrolovaného dílu.

Data jako další přidaná hodnota

Moderní kontrolní systémy již neslouží pouze k vyřazení vadného výrobku.

Současně vytvářejí databázi výrobních dat.

Lze například sledovat:

• četnost jednotlivých vad,

• vývoj kvality v čase,

• nejčastější příčiny zmetků,

• statistiky jednotlivých výrobních linek,

• kvalitu podle šarže,

• kvalitu podle směny,

• historii každého výrobku.

Tato data umožňují odhalovat dlouhodobé trendy, optimalizovat výrobní proces a přijímat rozhodnutí na základě objektivních informací místo odhadů.

Budoucnost patří inteligentním kontrolním systémům

Vývoj směřuje k systémům, které budou nejen rozpoznávat vady, ale také samostatně optimalizovat výrobní proces.
Kontrolní pracoviště budou stále více propojena s roboty, výrobními linkami, podnikovými informačními systémy (MES a ERP) i nástroji pro analýzu dat. Díky tomu bude možné sledovat kvalitu výroby v reálném čase, rychle odhalovat odchylky a předcházet vzniku neshod ještě předtím, než ovlivní celý výrobní proces.
Robotická kontrola kvality se tak stává důležitou součástí konceptu Průmyslu 4.0 a chytrých továren.

Závěr

Robotická kontrola kvality dnes představuje mnohem více než automatizovanou náhradu vizuální kontroly. Je to nástroj, který pomáhá zvyšovat kvalitu výrobků, snižovat náklady na neshody a poskytovat cenná data pro řízení výroby.

Z pohledu systémového integrátora je přitom nejdůležitější nevybírat kameru podle počtu megapixelů nebo robota podle nosnosti, ale navrhnout celé pracoviště jako jeden funkční celek. Teprve propojení vhodného robota, kvalitního kamerového systému, správného osvětlení, stabilního přípravku a promyšleného softwaru přináší řešení, které je spolehlivé i dlouhodobě udržitelné.

Autor: Ing. Josef Ponikelský, Ph.D., Product manager LIN-TECH - robotika, HENNLICH s.r.o.