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.
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.
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.
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