Тепловизионный контроль берёт дефект, которого нет на снимке в видимом свете: недогретый шов запайки упаковки, непропёк, расслоение под наружным слоем. Видимый диапазон 380–780 нм читает только отражение от поверхности, то есть скол, царапину, подтёк, сбитую этикетку. Дефект, который лежит глубже наружного слоя или проявляет себя температурой, контраста в этом канале не даёт, и камера снимает изделие как годное. Поэтому съёмка на линии идёт в четырёх спектральных диапазонах сразу: видимый, ультрафиолетовый, инфракрасный, рентгеновский.
Ниже разобран каждый из четырёх диапазонов: длина волны, физический признак, за который канал цепляется, дефект, который без него не виден, и порядок, в котором кадры разных диапазонов сводятся в один вердикт по изделию в такте линии. Инфракрасный при этом снимают двумя полосами, ближней и тепловой, и признак у них разный.
Четыре спектральных диапазона и что видит каждый канал
Каждый канал держится на собственном физическом признаке. Видимый свет 380–780 нм отражается от наружного слоя, и по отражению читаются геометрия, цвет, целостность кромки и положение этикетки; на одном этом признаке стоит автоматическая оптическая инспекция. Ультрафиолет диапазона УФ-A, 315–400 нм, возбуждает свечение вещества в видимой части спектра. Инфракрасный диапазон работает двумя полосами. Ближняя начинается от 780 нм и частично проходит сквозь полимеры и органику. Тепловая лежит в длинноволновом инфракрасном, 8–14 мкм, и фиксирует собственное излучение изделия. Рентгеновское излучение проходит тело изделия насквозь и ослабляется тем сильнее, чем плотнее материал на пути луча.
Мультиспектральная и гиперспектральная съёмка различаются числом полос. Первая берёт несколько выделенных полос, под каждую из которых подобраны сенсор и подсветка; гиперспектральная камера снимает десятки и сотни узких полос на каждый пиксель и даёт по каждой точке кадра спектр целиком. Спектр стоит объёма данных: на скоростном конвейере гиперспектральный кадр надо не только снять, но и разобрать до того, как изделие дойдёт до отбраковщика. Одним сенсором все диапазоны не закрываются, инфракрасный модуль машинного зрения ставится отдельным блоком со своей оптикой, и подбор матриц под задачу разобран в материале промышленные камеры.
| Канал | Диапазон | Признак в кадре | Что без него не видно |
|---|---|---|---|
| Видимый | 380–780 нм | отражение от поверхности | скол, царапина, подтёк, сбитая этикетка |
| Ультрафиолет УФ-A | 315–400 нм | свечение вещества под возбуждением | пенетрант над трещиной, следы масла и клея, пропуск покрытия |
| Инфракрасный, ближняя полоса | от 780 нм | пропускание сквозь полимер и органику | инородное включение и влага под слоем |
| Инфракрасный, тепловая полоса | 8–14 мкм | собственное излучение изделия | непропёк, недогретый шов запайки, расслоение |
| Рентгеновский | проникающее излучение | ослабление луча в объёме | пора, непровар, шлаковое включение в теле шва |
Тепловизионный контроль: температура как признак дефекта
Тепловизионный метод контроля работает с температурным полем изделия. Неравномерная сушка листа, непропёк теста, недогретый шов запайки плёнки и остывший участок под изоляцией дают на термограмме пятно там, где в оптике поверхность ровная и однородная. Тепловизионный контроль температуры идёт по всей площади кадра сразу, поэтому видно и форму тёплой зоны, и её границу; контактный датчик даёт одну точку.
Пассивная термография снимает изделие, которое греется само по ходу процесса: лист после сушильной камеры, шов сразу после сварки, пакет после запайки. Активная подводит тепло сама, импульсом лампы или нагревателя, и снимает остывание: расслоение, непроклей и воздушная полость меняют теплопроводность участка, и остывает он не так, как соседний. Отсюда и методика тепловизионного контроля на потоке: момент съёмки привязывают к тепловому событию, иначе разница температур успевает разойтись по телу изделия и пятно размывается.
Проведение тепловизионного контроля на конвейере не требует ни остановки потока, ни контакта с изделием, поэтому канал ставят и там, где изделие горячее, липкое или стерильное. Неразрушающий тепловизионный контроль решает на линии ту же задачу, что и остальные каналы: кадр заканчивается решением «годен или брак» по конкретной единице продукции и командой в АСУ ТП.
Ультрафиолет и люминесцентная дефектоскопия на линии
Под ультрафиолетом видно то, что в обычном свете от фона не отличается. Люминесцентная дефектоскопия на этом и построена: в несплошность затекает пенетрант с люминофором, избыток снимают с поверхности, и над трещиной остаётся яркая линия. Люминесцентный метод контроля дефектов входит в капиллярную группу, а ГОСТ 18442-80 задаёт капиллярные методы неразрушающего контроля и адресован несплошностям, открытым на поверхность: внутреннюю пору, которая наружу не выходит, пенетрант не найдёт. В отраслевой классификации методов он стоит под названием контроль неразрушающий люминесцентный, а сочетание красителя с люминофором, известное как люминесцентно цветная дефектоскопия, читается и при дневном свете, и под возбуждением.
Ультрафиолетовая дефектоскопия тем же каналом берёт и то, что с несплошностями не связано. Остатки масла и клея на металле, пропуск при нанесении покрытия, недосушенный лак и люминесцентная защитная метка на упаковке светятся под возбуждением каждый по-своему, и задача сводится к тому, чтобы изделие попало в зону съёмки в известной геометрии и при известном спектре подсветки.
Ручной ультрафиолетовый дефектоскоп собран из лампы с фильтром и затемнённой зоны осмотра. Встроенный ультрафиолетовый канал устроен так же, только затемнение даёт кожух над участком конвейера, а длина волны возбуждения подобрана под конкретный люминофор.
Ближний ИК и рентген: включения и несплошности в объёме изделия
Ближний инфракрасный от 780 нм проходит сквозь часть полимеров, бумагу, ткань и органику, и под непрозрачным для глаза слоем становятся видны инородное включение, влага и неоднородность заполнения. Инфракрасная дефектоскопия держится на разном поглощении излучения материалами, поэтому осколок стекла в пачке и капля влаги под плёнкой читаются там, где оптика показывает ровную белую поверхность. Прибор для такой съёмки в каталогах называют инфракрасный дефектоскоп, а на линии его роль исполняет инфракрасная камера с собственной подсветкой в нужной полосе.
Рентген остаётся единственным из четырёх каналов, который читает объём изделия целиком: пора, непровар, шлаковое включение и трещина в теле шва наружу не выходят и ни одним из трёх остальных каналов не берутся. Радиографический контроль сварных соединений задаёт ГОСТ 7512-82, классификацию дефектов сварных соединений – ГОСТ Р ИСО 6520-1. Источник и приёмник в линии стоят по разные стороны от изделия, поэтому под рентгеновский канал закладывают защитную зону и просвет конвейера с фиксированным расстоянием от трубки до детектора. Схемы просвечивания и требования к защите зоны собраны в материале рентгеновский контроль.
Встроенный спектральный канал против переносного прибора
Переносные приборы тепловизионного контроля снимают с произвольной дистанции и произвольного ракурса: тепловизор в руках оператора, ультрафиолетовая лампа, инфракрасный осветитель. Фон при этом цеховой и меняется от прохода к проходу, режим нагрева изделия неизвестен, а периодичность тепловизионного контроля задаёт маршрут обхода. Кадры одного изделия, снятые в разные обходы, между собой несопоставимы: у них разная дистанция, разный угол и разная температура фона.
Системы тепловизионного контроля, встроенные в линию, держат условия съёмки постоянными. Дистанция, угол и поле зрения заданы креплением камеры, подсветка своя, тепловое возбуждение подаётся в одной и той же точке маршрута, а изделие проходит зону съёмки с известной скоростью. Сводятся кадры по такту: единица получает номер на входе в зону съёмки, снимки видимого, ультрафиолетового, инфракрасного и рентгеновского каналов привязываются к этому номеру, и отклонение хотя бы в одном из них закрывает вердикт по единице до того, как она дойдёт до отбраковщика. Обход даёт наблюдение по точкам маршрута, а планы приёмки и приёмочное число разобраны в материале методы контроля качества.
Как мы подбираем спектральные каналы под вашу продукцию
Начинаем со съёмки ваших образцов. Берём годные изделия и изделия с известными дефектами, снимаем их в видимом свете, ультрафиолете, инфракрасном канале и при необходимости рентгеном и смотрим, в каком канале каждый дефект даёт устойчивый контраст. Часть дефектов не проявляется нигде, кроме теплового кадра после конкретного нагрева, и тогда в линию встраивается источник возбуждения: тепловизионный контроль качества держится на режиме нагрева, без него разница температур на кадре не набирается. Модель работает уже поверх выбранного диапазона и обучается на кадрах именно того канала, в котором дефект даёт контраст.
- Подбор камер, оптики и специализированной подсветки под каждый выбранный диапазон, включая источник ультрафиолета под конкретный люминофор и источник нагрева под активную съёмку.
- Обучение модели на изображениях с вашей линии, с дообучением при появлении нового типа дефекта без замены оборудования.
- Синхронизация каналов по одному изделию, чтобы кадры разных диапазонов относились к одной единице продукции, и интеграция с АСУ ТП с выводом статистики в Grafana.
Найденный дефект не остаётся отметкой в отчёте: команда идёт в АСУ ТП, и единицу снимает с конвейера автоматическая отбраковка нашим отбраковщиком. Канал, в котором дефект не даёт контраста на образцах, в проект не идёт, и лишняя камера в смету не попадает. Камеры, подсветку и отбраковщики поставляем мы.