一般製造向け、表面の傷の検査とワークの寸法測定を行うカメラシステム

課題の背景

この試作は、工場の担当者が自ら設置と設定調整を行えるワーク表面の痕検査カメラシステムをつくるという、当社自身が設定した課題から始まりました。この課題は、ワークの品種、照明条件、判定基準が変わるたびに設定をやり直す必要がある、工場の表面検査の性質に由来します。

毎回専門家を呼んで設定しなければならない場合、現場が変わるとカメラシステムが停止されたままになるおそれがあります。そのためこの試作では、初代モデルから作業者が自分で使える設定画面を重視しました。

要件と制約

試作の要件は当社のプレゼンテーション資料に記載した目標に基づき、制約はカメラによる表面検査の性質に由来します。主な項目は次のとおりです。

• ワーク表面の傷、打痕、割れを検査し、ワークの選別に利用します。
• 工場の担当者が、毎回専門家を待たずに簡単に設置と設定調整を行えること。
• ユーザーが、自ら値を設定するか、AIに設定を支援させるかを選べること。
• 表面の痕が画像ではっきり見えるかどうかは照明によって決まるため、光源と照明制御ユニットをセットの一部とする必要があります。
• 光沢面、つや消し面、ワークの色によって光の反射が異なるため、照明と判定基準は毎回実際のワークでテストする必要があります。
• 2024年モデルでは、寸法測定を同じセットに統合し、複数のサブラインの結果を一か所に集約する必要があります。

この試作で、自ら設定するかAIに設定を支援させるかを選べるようにした理由

2つの方式から選べるようにしたのは、工場の担当者がシステムを簡単に設置し設定調整できるようにすることが、この試作の目標だからです。ユーザーは、検査の設定値を自ら決めるか、AI（人工知能）に設定を支援させるかを選べます。どちらの方式でも、UX Design（ユーザーが作業しやすいようにする設計）の考え方に沿って設計した画面を使用します。

以下の手順は、当社のプレゼンテーション資料にあるシステム設計に基づく動作をまとめたものです。最後の手順は2024年モデルのシステム設計にのみ含まれます。

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   照明の調整とワークの撮影

   ワーク検査カメラを光源（Light Source）および照明制御ユニット（Lighting Control）と組み合わせて設置し、傷、打痕、割れが画像ではっきり見えるようにします。

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   画像処理

   画像処理ユニット（Image Processing Unit）が画像を解析して表面の痕を探し、2024年モデルではワーク寸法も測定します。

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   人による設定、またはAIによる支援

   ユーザーは、自ら値を設定するか、AIに設定を支援させるかを選べます。これにより、工場の作業者が専門家を待たずにシステムの設置と設定調整を行えるようにします。

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   結果を中央サーバーへ送信

   2024年モデルのシステム設計では、各サブラインのカメラが検査結果を中央サーバーへ送信し、ダッシュボードへの表示、アラート、レポート出力、他のアプリへの受け渡しに利用します。

システムの構成要素

初代の試作セットは、カメラ、画像処理ユニット、光源と照明制御ユニット、表示モニター、2つのモードを備えた設定ソフトウェアで構成されています。下の表では、初代のプレゼンテーション資料に記載された項目と2024年モデルを比較しています。

初代モデルのソフトウェアには、使いやすく設計された画面と、上記の2つの設定モードがあります。

2024年モデルで初代モデルから追加された点

2024年モデルでは、ワーク寸法の測定と、複数のサブラインの検査結果を中央サーバーに集約するシステム設計の2点を追加しました。2024年モデルの名称はScratch and Measurement Vision、初代モデルの名称はScratch & Dentです。開発の流れは次のとおりです。

1. 初代モデル Scratch & Dent：選別のために表面の痕を検査し、検査ユニットのモニターに結果を表示します。設定は人が行うことも、AIに支援させることもできます。
2. 2024年モデル Scratch and Measurement Vision：寸法測定を追加し、NVIDIA Jetson用拡張ボードを指定しました。また、各サブラインのImage Sensor（イメージセンサー）が結果をサーバーへ送信し、ダッシュボード、アラートシステム、レポート、または他のアプリへ渡す構成を設計しました。

2024年、この試作はScratch Visionの名称で当社の社内プロジェクトリストに記載されていました。

この種の案件の検査結果の数値はどこから得られるのか

表面検査システムの精度、検出率、ワークあたりの検査時間の数値は、ワークごとの表面、色、照明によって異なります。そのため、このページでは当社が定めたシステム設計、機器リスト、2つの設定モードを説明しています。検査結果の数値は、お客様のサンプルワークで測定する必要があります。

プレゼンテーション資料では、関連する案件の例として瓦のひび割れ検査とスラグ検査を挙げていますが、これらは別の案件で、それぞれ独自の事例ページがあります。該当するページは建材工場向け屋根瓦ひび割れ検査カメラの事例とサーマルカメラによる溶鋼中スラグ検査ソフトウェアの試作です。

私たちが学んだこと

この試作の開発から、ワーク表面検査カメラの案件に関して次の原則が得られました。

• 照明は検査システムの一部であり、付属品ではありません。そのためこの試作では、どちらのモデルの機器リストにも光源と照明制御ユニットを含めています。照明によって画像に現れない痕は、ソフトウェアでも検出できません。
• ワークが変わるたびに専門家を待つ必要があるカメラシステムは、継続して使うことが難しくなります。そのため設定画面は工場の担当者が使えるように設計し、値を自ら設定するかAIに支援させるかを人が選べるようにする必要があります。一方、どのような痕を不良とみなすかの基準は、引き続き工場の品質部門が定める必要があります。
• 検査結果は、判断を下す人に届いてこそ役立ちます。そのため2024年モデルでは、各サブラインから中央サーバー、ダッシュボード、アラート、レポートへ結果を送る経路をシステム設計に組み込みました。検査結果の送り先は設置前に合意しておくべきです。

この手法をお客様の工場に適用する方法

お客様の工場でワーク表面の痕をまだ目視で検査している場合や、表面検査と併せて寸法測定が必要な場合は、この試作の構成を出発点として利用できます。その構成とは、ワークに合わせて調整したカメラと照明、画像処理ユニット、作業者が使える設定画面、結果を中央サーバーへ送信する2024年モデルのシステム設計です。毎回新たに設計が必要なのは照明と判定基準で、これらはワークの表面と色によって変わるためです。

• 良品と各種の痕があるワークの両方のサンプルを用意し、当社が照明と検出のテストを行えるようにします。
• システムを設定する前に、どのような痕を不良とみなすか、どの寸法が基準内かを明確に定めます。
• 検査結果の送り先と、システムがワークに痕があると通知したときに誰が判断するかを合意します。
• まず実際のワークでテストを行い、その後で常設するかどうかを判断します。