Endüstriyel Yapay Görü ve Kalite Kontrolü

Konu Anlatımı

Endüstriyel Yapay Görü ve Kalite Kontrolü

Makine görmesi, kameranın aldığı görüntüyü sayısal olarak işleyip ürünün belirli bir kurala uyup uymadığını otomatik karar veren sistemlerdir. İnsan gözünün yorulmadan, saatte yüzlerce parçayı aynı ölçüde denetleyememesi bu sistemlerin temel gerekçesidir.

Sistem Bileşenleri

Sistemin üç ana bileşeni vardır: ışık kaynağı, lens ve sensör. Aydınlatma, görüntüyü oluşturan ışığın nasıl geldiğini belirler; aydınlatma yanlışsa hiçbir yazılım çözümü yetersiz kalır. Lens, görüntüyü sensöre odaklar ve görüş alanını belirler. Monokrom ya da renkli sensör ise optik görüntüyü elektriksel sinyale dönüştürür.

Çözünürlük iki farklı anlam taşır. Mekansal çözünürlük, sensörün birim alandaki piksel sayısıdır. Optik çözünürlük ise lensin iki nokta arasında ayırt edebilme yeteneğidir. Denetimde ölçülmesi gereken en küçük kusur, bu iki çözünürlükten büyük olmalıdır; aksi hâlde kusur görülemez.

Görüş Alanı ve Ölçek Hesabı

Görüş alanı, lensin görme açısı ile sensör boyutuna bağlıdır. Nesnenin kapladığı alan biliniyorsa, gereken minimum görüş alanı bu alanın üzerine emniyet payı eklenerek belirlenir. Daha küçük görüş alanı, nesneyi daha büyük göstererek küçük kusurların görülmesini sağlar; ancak alan çok küçültülürse nesne kenarlardan taşabilir.

Ölçek faktörü, nesnenin gerçek boyutu ile görüntüdeki piksel cinsinden boyutu arasındaki orandır. Kusur boyutu bilinen bir üründe, kusurun piksellik genişliği bu oranla gerçek boyuta çevrilir. Hesapta ölçümün hangi piksellerden alındığını belirtmek, sonucun güvenilirliği açısından önemlidir.

Aydınlatma Teknikleri

Küresel aydınlatma gölgesiz, dengeli bir görüntü verir ve genel kontrol ile ölçümde kullanılır. Yan aydınlatma kabartı yüzeyleri öne çıkarır; çatlak, çizik ve yüzey pürüzlülüğü gibi kusurlar bu teknikte belirginleşir. Arkadan aydınlatma koyu nesnelerin siluetini verir ve ölçüm yapılan kenar tespiti için uygundur. Koaksiyel aydınlatma parlak yüzeylerdeki çizikleri ortaya çıkarır.

Aydınlatma seçimi kusurun türüne göre yapılır. Parlak yüzeydeki çizik için koaksiyel, koyu yüzeydeki leke için arkadan aydınlatma, kabartı kontrolü için ise yan aydınlatma tercih edilir. Işık şiddeti fazla olduğunda sensör doygunluğa ulaşır ve görüntüdeki ayrım kaybolur; bu nedenle şiddet ölçülerek ayarlanır.

Kalibrasyon ve Hata Analizi

Nesnenin düzlemdeki konumu değişiyorsa kontrol sonuçları tutarsızlaşır. Bu nedenle kamera, referans bir nesne üzerinden kalibre edilir. Kalibrasyanda görüntüdeki noktanın gerçek konuma karşılığı kaydedilir ve yazılım bu dönüşümü kullanır.

Kontrol hatası ikiye ayrılır: yanlış kabul, kusurlu ürünün sağlam sayılmasıdır; yanlış ret ise sağlam ürünün kusurlu sayılmasıdır. Üretim hattında yanlış kabul güvenlik ve kalite riski doğurduğu için kritiktir. Bileşen ve eşik ayarları bu iki hatanın dengesini kurar.

Uygulama ve Sürekli İzleme

Kamera ve lens üretim hattının titreşimine dayanıklı biçimde sabitlenir, kabloları titreşimden uzak şekilde döşenir. Toz ve buhar gibi çevresel etkenler periyodik olarak temizlenmelidir. Her vardiyada yanlış kabul ve yanlış ret sayıları kaydedilir; eğilim kötüleşirse aydınlatma, lens temizliği ve eşik değerleri gözden geçirilir.

• Ölçülecek en küçük kusur, optik çözünürlükten büyük olmalıdır.
• Aydınlatma seçimi, kusurun türüne göre yapılır.
• Yanlış kabul, yanlış retten daha tehlikeli bir hatadır.
• Kamera ve lens titreşime dayanıklı sabitlenmeli, kablo düzeni korunmalıdır.
• Vardiya bazında hata sayıları izlenmeli ve eğilim kaydedilmelidir.

Ne Öğreneceğiz

Kamera, lens ve aydınlatma ile görüntü işleme tabanlı ürün kontrolünün kurulum, kalibrasyon ve hata sınıflandırma aşamalarını inceleyen konudur. Bu konuda ögrenme çıktıları:

• Görüntü sensörü, lens ve aydınlatma görevlerini açıklar.
• Görüntü çözünürlüğü, görüş alanı ve nesne boyutu arasındaki ilişkiyi hesaplar.
• Aydınlatma tekniklerini hata türüne göre seçer ve gerekçelendirir.
• Kamera kalibrasyonu ve kontrol hatası analizini uygular.
• Yanlış kabul oranını ölçerek kontrol sistemini geliştirir.

Ön Bilgi

Bu konuya başlamadan önce temel kavram ve ön koşulları kavramanız yardımcı olacaktır. Konunun çerçevesinde şu kavramlar dikkat ister:

• Mekansal çözünürlük sensör piksel sayısıyla, optik çözünürlük lensin ayrım gücüyle ilgilidir.
• Ölçülecek kusur optik çözünürlükten büyük değilse görüntülenemez.
• Görüş alanı küçültüldükçe nesne büyür ve küçük kusurlar daha görünür olur.
• Yan aydınlatma kabartı ve yüzey kusurlarını, koaksiyel aydınlatma parlak yüzey çiziklerini belirginleştirir.
• Işık şiddeti fazla olduğunda sensör doyar ve görüntüdeki ayrım kaybolur.
• Yanlış kabul kusurlu ürünü sağlam saymaktır ve kalite riski doğurur.
• Kalibrasyon, nesnenin konumu değiştiğinde ölçümün tekrarlanabilir olmasını sağlar.

Basit Örnek ve Günlük Yaşam

Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:

Soru: Bir parçada 0,2 mm genişliğindeki bir çizgi, görüntüde 5 piksel genişlikte görünüyor. Optik çözünürlük kaç piksel/mm'dir?

1. Adım 1: Gerçek boyut ile piksel genişliği karşılaştırılır.
2. Adım 2: 5 / 0,2 işlemi uygulanır.
3. Adım 3: Sonuç 25 piksel/mm olarak bulunur.

Sonuç/cevap: 25 piksel/mm

İleri Örnek

Daha ileri bir uygulama:

Soru: Parlak metal bir yüzeydeki ince çizikler denetimde görünmüyor. Hangi aydınlatma tekniği uygundur?

1. Adım 1: Kusurun türü belirlenir: parlak yüzey ve ince çizik.
2. Adım 2: Parlak yüzeydeki çizik için koaksiyel aydınlatma uygundur.
3. Adım 3: Işık şiddeti ölçülerek doygunluk oluşturulmayacak şekilde ayarlanır.

Sonuç/cevap: Koaksiyel aydınlatma

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Örnek 1: Kusur Piksellik Genişliği konusunun adımları:

1. Adım 1: Gerçek boyut ile piksel genişliği karşılaştırılır.
2. Adım 2: 5 / 0,2 işlemi uygulanır.
3. Adım 3: Sonuç 25 piksel/mm olarak bulunur.

Karşılaştırma Tablosu

Sık Yapılan Hatalar

Optik çözünürlük ile mekansal çözünürlüğü aynı saymak: Birincisi lensin iki noktayı ayırt etme yeteneği, ikincisi sensörün piksel yoğunluğudur. Kusur görülebilirliği için her ikisi birlikte değerlendirilmelidir.

Görüş alanını gereğinden geniş bırakmak: Alan geniş tutulursa nesne küçülür ve ince kusurlar görülemeyecek kadar az piksele düşer. Görüş alanı, emniyet payıyla birlikte en dar değerinde tutulmalıdır.

Işık şiddetini sınırsız artırmak: Fazla ışık sensörü doygunluğa götürür ve görüntüdeki ton farkı kaybolur. Şiddet, doygunluk oluşmayacak biçimde ölçülerek ayarlanmalıdır.

Yanlış kabulü önemsememek: Yanlış ret üretimi durdurur, yanlış kabul ise kalite riskini taşır. Bileşen ve eşik ayarları önce yanlış kabulü sıfıra yaklaştıracak biçimde yapılmalıdır.

Aydınlatmayı yazılımla gidermeye çalışmak: Işık dağılımı yanlış kurulmuşsa kontrast yazılımla yeterince artırılamaz. Önce aydınlatma tekniği doğru seçilmelidir.

Özet

Makine görmesi, aydınlatma, lens ve sensörden oluşan optik sistem ile görüntü işleme yazılımının birlikte çalışmasıdır. Mekansal çözünürlük sensörün piksel yoğunluğunu, optik çözünürlük ise lensin ayrım gücünü ifade eder; ölçülecek kusur bu değerden büyük olmalıdır. Görüş alanı odak uzaklığı ile sensör boyutunun çarpımının nesne uzaklığına bölünmesiyle bulunur ve alan daraltıldıkça küçük kusurlar daha görünür olur. Küresel aydınlatma dengeli görüntü, yan aydınlatma kabartı, arkadan aydınlatma siluet, koaksiyel aydınlatma ise parlak yüzey çizikleri için kullanılır. Aşırı ışık sensörü doygunluğa götürdüğü için şiddet ölçülerek ayarlanır. Kusur piksel genişliği optik çözünürlüğe bölünerek gerçek boyuta çevrilir. Yanlış kabul kusurlu ürünü sağlam saydığı için en kritik hatadır; eşik ve bileşen ayarları bu iki hatanın dengesini kurar.

Kendini Dene

Soru: Bir üretim parçasının yüzeyindeki çizik, leke ve eksik parça kusurlarını görüntüyle denetleyen bir sistem tasarlayınız. Her kusur türü için aydınlatma tekniğini, gereken optik çözünürlüğü ve eşik yaklaşımını gerekçesiyle yazınız.

Örnek cevap: Puanlama anahtarı: Çizik için koaksiyel aydınlatma, leke için yan aydınlatma, eksik parça için küresel aydınlatmanın seçilmesi ve gerekçelerinin yazılması (6 puan); her kusur için ölçülmesi gereken en küçük özelliğin belirlenip gerekli piksel çözünürlüğün hesaplanması (5 puan); görüş alanı ve nesne boyutu ilişkisinin açıklanması (3 puan); eşik değerlerinin kabul sınırına göre belirlenmesi ve yanlış kabul ile yanlış ret dengesinin kurulması (4 puan); kalibrasyon ve periyodik temizlik adımlarının planlanması (2 puan).