IMAS

Naprava za vizuelno inspekcijo nalepk

Predstavljamo vam razvit sistem za detekcijo pozicije nalepke na plastičnem ohišju. Cilj je bil zaznati ali je nalepka pravilno nameščena na plastično ohišje, kar za sistem pomeni, da mora :

  • Zaznati pozicijo, kje je nalepka nalepljena na plastično ohišje: 13 mm od skrajno desnega roba in 25 mm od zgornjega roba
  • Zaznati vse črke v napisu Bosch
  • Zaznati orientacijo in lokacijo napisa
  • Zaznati lokacijo znaka Bosch in ugotoviti njegovo pravilno lego

V ta namen smo razvili sistem, kot je pokazan na sliki 2.

Slika 1: CAD model prvotnega sistema.

Slika 2: Prikaz nadgradnje obstoječega sistema s kamero, zaslonom in laserskim žarkom in osvetlitvijo.

Sistem smo zasnovali tako, da smo:

  • Namestili stikalo s katerim sprožimo delovanje sistema.
  • Ob pritisku na gumb se izvede proženje luči, ki osvetli področje opazovanja
  • Kamera zajame sliko, mikroračunalnik Rasppery Pi 4 pa sliko obdela in javi ali je nalepka v pravi poziciji
  • Zajeta slika se prikaže na zaslonu
  • V primeru dobrega kosa se napis Bosch pobarva zeleno
  • V primeru napake pa se obarva tisti del napisa Bosch, kjer je prišlo do napake
  • Za mejne primere smo namestili še laserski žarek, ki ponazarja zgornjo mejo, ali je nalepka dobro nalepljena. V tem primeru se operaterju prepusti sklepanje, ali je napis dobro nameščen na ohišje.

Blokovni diagram delovanja je prikazan na sliki 3.

Slika 3 prikazuje blokovno shemo delovanja sistema

Seznam uporabljene strojne opreme, ki je dodatno nameščen na napravo:

  • Rasperry Pi 4
  • Raspberry Pi High Quality HQ Camera
  • 16mm 10MP Telephoto Lens for Raspberry Pi HQ Camera
  • 2x Linijski laser
  • Usmernik AC-DC 5V
  • Usmernik AC-DC 12V
  • LED panel 12 cm x 8 cm
  • Krmilnik led luči

Kamero in luč smo namestili tako, da ne moti operaterja, kot je prikazano na sliki 2.

Program za obdelavo slike

Kamera zajame sliko in jo shrani na mikroračunalnik Raspery pi. Program smo zasnovali v okolju Python. Kamera je nameščena pod kotom zato, da smo se izključili bleščanje, osvetlitev pa omogoča konstantne pogoje zajema. Zajeta slika je prikazana na sliki 4.

Slika 4. Zajeta slika s kamero, slika ima velikost 1920×1024 točk.

Slika 5. Binarna slika  

Slika 6. Binarni napis z napako

Zajeto sliko smo obdelali v naslednjih korakih

  • Program zajame sliko in izreže območje interesa
  • Sliko smo filtrirali najprej z nizko-pasovnim filtrom, da smo odstranili šum
  • S pomočjo maskiranja se izloči desni rob slike, ki služi za referenco po X osi
  • Nad sliko smo opravili upragovanje. Ker slika ni enakomerno osvetljena smo sliko neenakomerno normalizirali tako, da so vse točke enakomerno osvetljene
  • Po upragovanju smo dobili binarno sliko z napisom Bosch, kot je prikazano na sliki 5
  • Za vsako črko smo izračunali težišče lika. V primeru, ko je črka brez napake in pravilno pozicionirana smo vnaprej določili pravo lego napisa na plastičnem ohišju. V primeru, ko je črka poškodovana, obrnjena ali je ni, se središče lika premakne, kot je to pokazano na sliki 6. Če se središče binarnega lika premakne od vnaprej določene tolerance, potem javimo napako. Podrobnejša analiza je izvedena na naslednji način
    • Preveri se število znakov/črk. Neujemanje -> napaka
    • Iz zajetih referenčnih slik se primerja velikost znaka/črke in rotacija. Neujemanje -> napaka
    • Preveri se dolžina kontur. Neujemanje -> napaka
    • Preveri se težišče posamezne črke/znaka ter primerja z referenčno pozicijo. Neujemanje -> napaka
    • Preveri se pozicija celotne nalepke po zgornjem robu in desnem robu. Neujemanje -> napaka
  • Podobno procesiranje smo naredili tudi za napis Bosch. Tukaj smo napis Bosch razdelili na 2 objekta in sicer Zunanji krog in notranji napis in detektirali oba ter vsakič preverili njuni težišči. V primeru ko kroga ni ali pa je napis rotiran ali zamaknjen, javimo napako.

Prikaz slike in uporabniški vmesnik

Slika 7 Prikaz uporabniškega vmesnika

Slika 7 prikazuje razvit uporabniški vmesnik. Uporabniški vmesnik se prikazuje z zaslonom občutljivim na dotik, zato ni potrebno miške, posamezne funkcije za se prožijo ob dotiku na zaslon. Na desni strani slike 7 so prikazani gumbi z naslednjimi funkcionalnostmi: Ponovni zagon sistema- reset, vklop laserja, zajemanje slike, kalibracija in izkop sistema.  Prikazane slike imajo tudi indikacijo, glede na napake. Indikator prikaže tri možna stanja, ki so vidna v zgornjem desnem kotu zaslona (Slika 8 – 1.):

ZELENA – Lokacija nalepke je znotraj dovoljenih mej, orientacija je pravilna in nima poškodb.

ORANŽNA – Nalepka nima vidnih poškodb, vendar je lokacija izven dovoljenih mej.

V tem primeru se vklopijo laserji, po katerih naj se operater sam odloči če pozicija odstopa.

RDEČA – Nalepka ima poškodbo, manjkajoč znak ali orientacija znaka ni ustrezna.

Na razpolago so še dodatni podatki:

  • Oddaljenost zgornjega roba nalepke od zgornjega roba odlitka (Y), ter oddaljenost od skrajnega desnega roba nalepke do desnega roba odlitka (X) (Slika 8 – 2.)
  • Grafični indikator idealne nalepke, ki se obarva glede na barvo stanja (Slika 8 – 3.):
VSI znaki so ZELENINalepka je na ustrezni lokaciji in brez napake
VSI znaki so ORANŽNIPozicija nalepke ni ustrezna. Sledi naj ročno preverjanje s pomočjo laserja
EDEN ali VEČ znakov (Ne pa vsi) je obarvan ORANŽNOLokacija označenega oranžnega znaka ni ustrezna. Če je obarvano zaporedje znakov obstaja možnost, da je le eden izmed njih nepravilen. Pod znakom se pojavi znak L – Lokacija. Če se pojavi znak C – Center, to označuje, da zunanji del in notranji del LOGOTIPA nista centrirana.
EDEN ali VEČ znakov (Ne pa vsi) je obarvan RDEČEPovršina ali orientacija označenega rdečega znaka ni ustrezna. Pod znakom se pojavi znak P – Površina
  • Pozicija posameznega znaka, kjer MODRA pika označuje idealno pozicijo nalepke, ter ZELENA/RDEČA pika dejansko lokacijo nalepke (Slika 8 – 4.). Če ni odstopanja se piki prekrivata.

Testni rezultati

Razvit sistem smo testirali nad množico plastičnih ohišij z nameščeno nalepko. Slika 8 prikazuje sliko dobrega kosa, prikazanega na uporabniškem vmesniki. Vidimo, da program ni javil napake. Slika 9 prikazuje nalepko, kjer je napaka na črki, slika 10 pa prikazuje mejni primer, kjer je program javil napako v poziciji nalepke.

Slika 8. Dober kos

Slika 9. Kos z napako na napisu črke

Slika 10. Kos z napako, kjer je napis zamaknjen

Sklep

V tem projektu smo dogradili napravo s kamero in pripadajočimi elementi, kot so luč, mikro-krmilnik, in stikalo za proženje zajema slike. Cilj je razviti sistem za avtomatsko kontrolo nalepke. Z računalniškim programom, ki preverja pozicijo posameznega simbola v napisu smo uspešno razvili sistem za podporo kakovosti izdelka v postopku izdelave.