Mikroskop pengukur dimensi berasaskan imej untuk komponen automotif dan elektronik di Thailand

Latar belakang masalah

Mikroskop pengukuran bahan kerja ini direka bentuk untuk mengukur saiz bahan kerja bersaiz kecil pada beberapa titik daripada imej, dan membolehkan pengguna di tapak kerja menetapkan sendiri model bahan kerja. Cabaran ini datang daripada kilang komponen automotif dan komponen elektronik yang perlu mengukur saiz bahan kerja bersaiz kecil pada beberapa titik sebelum dihantar kepada pelanggan. Kebanyakan mesin pengukur melalui imej di pasaran ialah mesin import, berharga tinggi dan memerlukan tetapan berperingkat sehingga pengguna mesti mempunyai pengetahuan tentang pemprosesan imej (Image Processing).

Pada tahun 2017, kami dilantik untuk mereka bentuk dan membangunkan 1 set mesin prototaip mikroskop pengukuran bahan kerja bagi Thai-German Institute, di bawah projek pembangunan produk teknologi bagi menggantikan import oleh Kementerian Sains dan Teknologi. Projek ini bertujuan mengurangkan import mesin dan memindahkan teknologi reka bentuk mesin pemeriksaan melalui imej kepada syarikat Thai, dan terdapat syarikat Thai yang menyertai projek sebagai pengguna mesin.

Keperluan dan kekangan

Mesin prototaip perlu mengukur saiz bahan kerja pada beberapa titik daripada imej, dan perlu membolehkan pengguna yang tiada pengetahuan tentang pemprosesan imej menetapkannya sendiri. Keperluan dan kekangan utama mengikut skop projek adalah seperti berikut:

• Membangunkan 1 set mesin prototaip yang lengkap dengan kamera, kanta, set lampu, komputer dan perisian pemprosesan imej
• Mengukur beberapa kedudukan daripada imej yang sama, kemudian membandingkannya dengan nilai piawai model bahan kerja
• Pengguna boleh menambah atau memadam sendiri model bahan kerja, dan menetapkan titik ukuran daripada lukisan CAD atau menetapkannya sendiri pada mesin
• Bahan kerja yang diletakkan senget mesti dapat diukur, dengan menggunakan lukisan CAD atau bahan kerja prototaip (Master) sebagai kedudukan rujukan
• Mengikut syarat projek, institut yang melantik memperoleh hak ke atas pengetahuan, dokumen dan reka bentuk mesin, dan laporan akhir mesti merangkumi lukisan mekanikal, lukisan sistem elektrik dan kod sumber

Bagaimanakah mesin prototaip direka bentuk untuk mengukur saiz bahan kerja daripada imej?

Mesin prototaip direka bentuk untuk mengukur saiz daripada imej bahan kerja. Lampu dari belakang membantu menjadikan tepi bahan kerja jelas, kanta telesentrik (Telecentric Lens) membantu menjadikan saiz bahan kerja dalam imej tidak herot mengikut jarak, kemudian komputer terbenam (Embedded System) direka bentuk untuk mencari kedudukan bahan kerja, mengukur beberapa titik dan membandingkannya dengan nilai piawai model tersebut.

Kami memilih pendekatan ini kerana cabaran tersebut memerlukan kedua-dua nilai ukuran yang boleh dipercayai dan tetapan yang mudah. Cahaya dan kanta menjadikan imej tepi bahan kerja stabil sebelum masuk ke perisian, manakala penetapan titik ukuran daripada lukisan CAD atau pada mesin direka bentuk supaya pengguna boleh menetapkan model bahan kerja baharu tanpa perlu menulis sendiri langkah pemprosesan imej. Langkah di bawah ialah cara kerja yang direka bentuk untuk mesin prototaip ini.

1. 1

   Menetapkan model bahan kerja

   Pengguna menambah model bahan kerja, menetapkan titik ukuran daripada lukisan CAD atau menetapkannya sendiri pada mesin, berserta nilai piawai bagi setiap titik

2. 2

   Menyinarkan lampu dan mengambil imej

   Set lampu dari belakang dan lampu cincin sudut rendah (Back Light + Ring Light) yang kecerahannya boleh dilaraskan menjadikan tepi bahan kerja jelas, dan kamera digital mengambil imej melalui kanta telesentrik

3. 3

   Mencari dan mengukur bahan kerja

   Komputer terbenam memproses imej untuk mencari kedudukan dan arah bahan kerja, kemudian mengukur jarak (lebar, tinggi), sudut, bulatan, jejari, luas dan perimeter

4. 4

   Memaparkan keputusan dan mengeluarkan laporan

   Sistem membandingkan nilai yang diukur dengan nilai piawai, memaparkan keputusan lulus atau gagal (OK/NG), dan mengeluarkan laporan keputusan pengukuran (Measurement Report), laporan ringkasan (Summary Report), laporan CPI dan log penggunaan pengguna (User Log Report)

Komponen sistem

Skop kerja mengikut projek ialah 1 set mesin prototaip dan 3 laporan. Senarai di bawah ialah komponen yang ditetapkan oleh skop projek dan reka bentuk mesin.

• Mesin prototaip: kamera digital, kanta telesentrik, set lampu Back Light + Ring Light yang kecerahannya boleh dilaraskan, dan komputer terbenam
• Perisian pengukuran: mencari bahan kerja dalam imej, mengukur saiz dalam pelbagai bentuk, mengurus model bahan kerja, dan menggunakan lukisan CAD atau Master sebagai kedudukan rujukan
• Laporan daripada mesin: keputusan lulus/gagal, laporan keputusan pengukuran, laporan ringkasan, laporan CPI dan log penggunaan pengguna
• Laporan projek: laporan pelan kerja, laporan kemajuan dan laporan akhir yang merangkumi lukisan mekanikal, lukisan sistem elektrik dan kod sumber

Dokumen dan hasil yang dapat disahkan

Perkara yang dapat disahkan ialah fungsi yang direka bentuk dalam laporan pelan pelaksanaan (Inception Report) dan laporan akhir (Final Report) yang kami sediakan untuk projek ini. Tiada angka resolusi dan ketepatan mesin yang boleh diterbitkan, oleh itu kami tidak menyatakan nilai-nilai ini dalam kes ini.

Mengikut syarat projek, mesin prototaip akan menjadi milik syarikat Thai yang menyertai projek sebagai pengguna, manakala pengetahuan, dokumen dan reka bentuk mesin menjadi hak institut yang melantik.

Apakah yang kita pelajari

Kerja ini memberikan prinsip berikut untuk kerja pengukuran saiz bahan kerja melalui imej:

• Pengukuran melalui imej bermula daripada cahaya dan kanta, sebelum perisian. Oleh itu, mesin prototaip direka bentuk untuk menggunakan lampu dari belakang bagi menjadikan tepi bahan kerja jelas, dan kanta telesentrik supaya saiz dalam imej tidak herot mengikut jarak. Matlamatnya ialah supaya perisian mengukur daripada imej yang stabil.
• Mesin pengukur untuk kegunaan di tapak kerja mesti dapat menetapkan model bahan kerja tanpa perlu mengetahui pemprosesan imej. Penetapan titik ukuran daripada lukisan CAD, serta penggunaan CAD atau bahan kerja Master sebagai kedudukan rujukan, direka bentuk supaya bahagian kualiti boleh membuat tetapan sendiri.
• Matlamat reka bentuk belum lagi merupakan hasil pengukuran sebenar. Nilai resolusi dan ketepatan mesin pengukur mesti diperoleh daripada ujian dengan bahan kerja sebenar dan mempunyai dokumen yang mengesahkan hasilnya, sebelum digunakan untuk membuat keputusan terhadap bahan kerja.

Bagaimanakah pendekatan ini boleh digunakan untuk kerja pengukuran bahan kerja anda?

Jika anda perlu mengukur saiz bahan kerja bersaiz kecil pada beberapa titik sebelum dihantar kepada pelanggan, anda boleh menggunakan struktur mesin prototaip ini sebagai titik permulaan reka bentuk, iaitu kamera dengan kanta telesentrik, set lampu, perisian yang menetapkan titik ukuran daripada lukisan CAD dan laporan lulus/gagal. Bahagian yang perlu diubah suai ialah kamera, kanta dan set lampu, supaya sepadan dengan saiz, permukaan dan had toleransi (Tolerance) bahan kerja anda.