Mesin prototaip untuk menguji gabungan kamera, kanta dan pencahayaan bagi Machine Vision (MVDeep) melalui projek kerajaan Thailand

Latar belakang masalah

Cabaran kes ini ialah mengurangkan masa memilih kamera, kanta dan lampu bagi kerja pemeriksaan dengan kamera. Keberkesanan kerja Machine Vision (sistem pemeriksaan dengan kamera) bergantung pada pemilihan set peralatan ini yang sepadan dengan bahan kerja sejak awal. Syarikat swasta Thailand yang menyertai projek ini melakukan langkah ini dengan mencuba peralatan satu set demi satu set, kemudian menyemak hasil dengan nilai statistik.

Ujian bagi setiap kerja kebanyakannya mengambil masa lebih daripada 1 hari, sesetengahnya melebihi 1 bulan, dan memerlukan orang yang menguasai bidang pencahayaan, pengambilan imej, statistik industri dan pemprosesan imej (Image Processing). Oleh itu, syarikat hanya dapat menerima kerja kurang daripada jumlah yang masuk. Titik kesesakan terletak pada masa ujian dan bilangan orang yang mampu melakukannya.

Kami membangunkan mesin ini dalam projek sokongan pembangunan mesin prototaip kerajaan, tahun kewangan 2019. Nama penuh projek ini ialah Automated Machine Vision Laboratory By Deep Learning (mesin pemeriksaan bahan kerja automatik dengan kamera pintar sistem pembelajaran mendalam). Perkataan Laboratory di sini merujuk kepada mesin untuk menguji set peralatan dengan bahan kerja sebenar, bukan bilik darjah.

Keperluan dan kekangan

Mesin mesti mengeluarkan tidak kurang daripada 100 laporan Cpk setiap 8 jam dan merumuskan hasil semua set peralatan sebagai nilai statistik yang boleh dibandingkan. Keperluan dan kekangan lain adalah seperti berikut

• Membina 1 mesin prototaip di bawah projek sokongan kerajaan
• Bermula dengan kerja pemeriksaan dan pengasingan rona warna dahulu, mengikut keperluan pertama syarikat yang menyertai projek
• Menentukan pemilihan peralatan dengan nilai statistik, bukan anggaran berdasarkan pengalaman orang
• Bahan kerja mesti diletakkan di atas meja XY Table dalam kabinet yang ruangnya terhad

Mengapa menggunakan robot untuk menukar peralatan, kemudian menentukan dengan nilai Cpk

Kami menggunakan robot untuk menukar kamera, kanta dan lampu, kemudian menentukan dengan nilai Cpk kerana titik kesesakan cabaran ini ialah masa menguji peralatan satu set demi satu set dan pakar yang sedikit. Mesin yang boleh menguji berulang kali mengikut urutan yang sama dan merumuskan semua set dengan kriteria yang sama membolehkan pemilihan peralatan berpandukan angka.

Mesin ini terbahagi kepada kabinet atas untuk ujian dan kabinet bawah untuk set kawalan elektrik. Papan pemprosesan NVIDIA Jetson Xavier menggunakan ROS (Robot Operating System — set perisian kawalan robot) untuk mengawal keseluruhan sistem robot. Langkah kerja adalah seperti berikut

1. 1

   Letakkan bahan kerja dan masukkan maklumat

   Pengguna meletakkan bahan kerja di atas meja XY Table dalam kabinet atas, kemudian memilih jenis pemeriksaan serta memasukkan butiran bahan kerja, kedudukan tengah dan saiz melalui skrin mesin

2. 2

   Robot mengatur kamera, kanta dan lampu

   Apabila Start ditekan, set lengan robot pertama menggerakkan kamera ke tengah bahan kerja, mengambil imej, kemudian menukar jarak. Dua set lagi memegang lampu dan menukar model kanta serta lampu, supaya imej diperoleh daripada pelbagai set peralatan

3. 3

   AI mengasingkan rona warna dan mengira nilai Cpk

   AI mengelompokkan rona warna bahan kerja daripada imej (Clustering ialah pengelompokan data yang serupa), kemudian modul statistik mengira nilai Cpk bagi setiap set peralatan

4. 4

   Keluarkan laporan dan hantar ke Cloud

   Mesin merumuskan 5 set peralatan yang memperoleh nilai Cpk tertinggi sebagai laporan PDF dan boleh menghantar laporan ke sistem Cloud daripada perisian mesin

Hasil penyerahan

Kami menyerahkan 1 mesin prototaip MVDeep berserta perisian, dokumen dan pemindahan pengetahuan penggunaan. Item utama adalah seperti berikut

• Kabinet ujian dengan meja XY Table dan 3 set lengan robot untuk mengatur kedudukan kamera, memegang lampu serta menukar kanta dan lampu
• Pelbagai jenis lampu, iaitu lampu bar (Bar Light), lampu cincin pelbagai sudut (Ring Light) dan lampu sepaksi dengan kanta (Coaxial Light)
• Kanta FA (kanta industri) dengan pelbagai jarak fokus dan kanta telesentrik (Telecentric Lens — kanta untuk kerja pengukuran yang mengurangkan perubahan saiz imej mengikut jarak)
• Set kawalan elektrik dalam kabinet bawah dan papan NVIDIA Jetson Xavier yang menggunakan ROS
• Perisian untuk menerima maklumat bahan kerja, mengelompokkan rona warna, mengira nilai Cpk, mengeluarkan laporan PDF dan menghantar laporan ke Cloud
• Laporan pelan kerja, laporan kemajuan, laporan lengkap serta manual penggunaan dan penyelenggaraan

Hasil yang dapat disahkan daripada laporan lengkap

Laporan lengkap projek ini mengesahkan hasil ujian mesin MVDeep dalam 3 aspek, iaitu kelajuan mengeluarkan laporan, penghantaran laporan ke Cloud dan keselamatan kabinet. Selain hasil ujian, kerja ini turut menyerahkan dokumen dan pemindahan pengetahuan penggunaan kepada syarikat yang menyertai projek.

• Kelajuan: mesin mencapai sasaran mengeluarkan tidak kurang daripada 100 laporan Cpk setiap 8 jam
• Penghantaran laporan: perisian mesin boleh menghantar laporan ke sistem Cloud
• Keselamatan: mesin mempunyai penderia keselamatan (Safety Sensor) dan berhenti beroperasi apabila penutup kabinet dibuka
• Dokumen: laporan pelan kerja, laporan kemajuan, laporan lengkap serta manual penggunaan dan penyelenggaraan
• Pemindahan pengetahuan: kami memindahkan pengetahuan penggunaan mesin kepada syarikat yang menyertai projek

Apakah yang kita pelajari

Kerja ini memberikan 3 prinsip bagi kerja pemilihan peralatan untuk sistem pemeriksaan dengan kamera

• Pilih peralatan dengan kriteria statistik yang sama bagi setiap set, bukan keputusan berdasarkan pemerhatian imej atau pengalaman orang. Nilai Cpk membolehkan pelbagai set kamera, kanta dan lampu dibandingkan atas asas yang sama.
• Mulakan dengan satu keperluan pemeriksaan yang jelas. Kerja ini bermula dengan pengasingan rona warna, jadi cara mengukur hasil dapat ditetapkan dengan jelas sebelum diperluas kepada jenis pemeriksaan lain.
• Asingkan bahagian yang boleh diulang daripada bahagian yang perlu dicari. Kedudukan yang ditetapkan terlebih dahulu membolehkan mesin menguji berulang kali mengikut urutan yang sama, manakala pencarian kedudukan kamera dan lampu secara automatik ialah satu lapisan kerja lain yang perlu dibangunkan dan diuji secara berasingan.

Cara menggunakan pendekatan ini pada kerja anda

Jika anda perlu memilih kamera, kanta dan lampu bagi beberapa kerja pemeriksaan dengan kamera, anda boleh menggunakan pendekatan yang sama seperti kes ini, iaitu menguji pelbagai set peralatan mengikut urutan yang sama, kemudian membandingkan hasil dengan nilai Cpk. Perkara yang perlu diselaraskan ialah kriteria pemeriksaan, saiz bahan kerja dan cara penentuan kedudukan, apabila kerja anda berbeza daripada pengasingan rona warna.

• Mesin seperti ini digunakan untuk menguji dan mencari set peralatan, bukan mesin pemeriksaan bahan kerja di barisan pengeluaran. Selepas set peralatan diperoleh, sistem pemeriksaan di tapak masih perlu direka bentuk secara berasingan.
• Sediakan bekalan elektrik, sistem udara termampat dan ruang untuk membuka kabinet bagi penyelenggaraan
• Lengan robot mempunyai banyak motor, jadi motor simpanan patut disediakan dan sistem elektrik patut diperiksa mengikut kitaran dalam manual (biasanya 1 kali setahun)