Камера машинного зрения в промышленном исполнении. Этап тестирования готовой продукции

Камеры машинного зрения, зачастую работающие не в "тепличных" условиях эксплуатации, должны быть к этому готовы. В статье "Камера машинного зрения в промышленном исполнении. Воплощение замысла", опубликованной в № 1/2021 журнала, мы рассказали об особенностях конструирования промышленных камер машинного зрения. Сейчас пойдет речь об их производстве.

Для того чтобы у вас в руках оказалась настоящая промышленная камера, необходимо должным образом воплотить идеи ее разработчиков в производстве серийного продукта.

Тщательному контролю качества подлежит каждая камера, именно он обеспечивает уверенность в функциональных возможностях, производительности каждого экземпляра и выявляет изделия с дефектами или функциональными отклонениями до того, как они попадут к заказчикам.

В первой статье мы упоминали об ускоренных методиках испытаний и тестов HALT (Highly Accelerated Life Tests) и HASS (Highly Accelerated Stress Screening). На примерах компании LUCID Vision Labs (Канада) мы продемонстрировали, как стресс-тестирование на основе HALT помогает сократить сроки разработки новых изделий. Теперь давайте рассмотрим аналогичный подход к контролю качества готовой продукции.

Стресс-тесты при контроле качества производства – далеко не общая практика. Стресс-тестирование согласно HALT и HASS, с одной стороны, ускоряет процесс, но с другой – требует значительных затрат на подготовку, выбор типов и обоснование объемов "стресса", постоянную работу по совершенствованию процедур. То есть в плане затрат происходит смещение акцентов от приобретения бОльшего объема оборудования и более длительных традиционных тестов в сторону коротких, если угодно, "рискованных", но научно обоснованных, интеллектоемких подходов. Этим готовы заниматься далеко не все производители.

Рис. 1. Пример цикла испытаний в климатической камере

Надежность

Сразу стоит отметить, что любое тестирование сокращает ресурс готового продукта. Стресс-тестирование сокращает его, пожалуй, в большей степени. В чем же тогда преимущество метода HASS? Самое главное – HASS позволяет быстрее и с меньшими затратами (стоимость оборудования) выявить максимальное количество дефектов. Давайте попробуем разобраться, как этого эффекта достичь, причем без ущерба для функциональных возможностей устройства.

Современные методы разработки электроники, в том числе и с помощью стресс-тестов HALT, в комбинации с доступными материалами позволяют создавать продукты с запасом прочности, во много раз превышающим необходимый.

Однако набор стресс-тестов нужно ограничить теми, которые, конечно же, "съедают" определенную долю ресурса, но при этом оставшаяся часть не только достаточна, но и обладает запасом для работы оборудования с расчетной максимальной нагрузкой в течение запроектированного срока жизни. Большинство дефектов материалов и компонентов носят кумулятивный характер, а именно проявляются по мере накопления "усталости". То есть чем сильнее нагрузка в начале эксплуатации, тем больше вероятность проявления таких дефектов за определенный отрезок времени. В этом, собственно, и заключено основное преимущество метода HASS: он позволяет выявить максимальное количество дефектов в кратчайшие сроки с минимальными затратами, и обязательно без значимого ущерба для ресурса изделия. Обеспечение достаточности остаточного ресурса – один из важнейших критериев, согласно HAAS.

Давайте обратимся к практикам уже известной нам компании LUCID Vision Labs.

Самые очевидные нагрузки – это резкое изменение температуры в климатической камере, или термоудар. Каждое изделие подвергается циклическому воздействию в климатической камере с перепадом температур от высокой до низкой. Речь не идет, конечно же, о доведении конструкции до разрушения, как это происходит на этапе разработки, но пороги все равно устанавливаются с небольшим превышением рабочих температур, чтобы гарантированно достичь их уровня. Во время температурных циклов периодически выполняется функциональное тестирование: включение/выключение питания, захват и передача изображений, проверка корректности контрольной суммы (CRC) chunk’ов и соотношения "сигнал/шум" (SNR).

Контролируется соответствие номинальным значениям величины потери данных (Bit Errors) и потребления электроэнергии.

Циклические испытания в климатической камере продолжаются несколько часов и помогают выявить изделия с дефектами прежде, чем они попадут в руки заказчика. Помимо этого, подтверждается их работоспособность в заданном широком диапазоне температур, от -20 °C для камер LUCID Triton и Atlas.

В случае если камеры обеспечивают уровень защиты IP67, как LUCID Triton и некоторые модели Atlas, проводятся испытания на предмет защиты от проникновения влаги и пыли. Соответствие классу защиты IP67 (стандарт IEC 60529) предполагает, что камера должна быть пыленепроницаема и выдерживать 30-минутное погружение на глубину до 1 м. Для сокращения времени контроля качества изделий выполняются тесты методом погружения под давлением.

Рис. 2. Пример характеристик согласно EMVA1288 для цветных и монохромных камер

Качество изображения

Важнейшим контролируемым параметром камеры машинного зрения является качество изображения, которое, помимо прочего, определяется точностью установки сенсора относительно оптической оси и фокальной плоскости объектива. По сравнению с обычным механическим позиционированием матрицы, с применением прокладок и пассивных техник, процедура центровки Active Sensor Alignment обеспечивает более точное положение сенсора относительно отверстия объектива. Это критически важно, особенно в случае крупноформатных камер, для ясного и резкого изображения по всей плоскости сенсора от центра на периферию и стабильного качества изображения от камеры к камере. Наклон плоскости сенсора относительно оптической оси приводит к разнице значений фокусного расстояния в зависимости от удаленности от центра. Смещение может привести к затенению углов.
Поворот усложняет процедуру установки камеры на объекте.
Объективную картину качества изображения дает тест с использованием источника равномерного излучения (Flat Field) в соответствии
со стандартом EMVA1288 (EMVA, European Machine Vision Association – Европейская ассоциация машинного зрения). Результаты тестов должны укладываться в заданный для данной модели диапазон. Измеряются уровень темнового шума и его неоднородность, емкость насыщения, неоднородность фоточувствительности, нелинейность. Измерения подтверждают стабильность рабочих характеристик от изделия к изделию. Образец, не прошедший тесты, изымается и отправляется на дополнительные испытания. Поскольку большинство производителей камер тестируют свою продукцию в соответствии со стандартом EMVA1288, пользователи на основании результатов испытаний могут сравнивать качество изображения камер с разными сенсорами от многих поставщиков. Наличие характеристик качества изображения в соответствии с EMVA1288 на сайте производителя камер – очевидный индикатор его отношения к качеству своего продукта.

Заключение

Не все камеры машинного зрения предназначены для использования в суровых условиях промышленного производства, поэтому при выборе оборудования для этих целей необходимо прежде всего определить критерии, которым оно должно соответствовать. Производитель, помимо деклараций о готовности к работе на производстве в режиме 24/7, должен представить соответствующие стандарты и результаты испытаний.

Настоящий материал представляет собой лишь краткий обзор подходов, призванных обеспечить надежность и функциональность камер машинного зрения для промышленных и аналогичных им условий применения. Инновационные продукты в промышленном исполнении – база наиболее надежных и долговечных систем машинного зрения, создаваемых вами для своих заказчиков.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" №2/2021

Изображения предоставлены автором

Фото: https://ru.freepik.com