تطبيقات كاميرات الاستقطاب في الفحص الصناعي بالرؤية الآلية

في الفحص البصري الصناعي، فإن "الوهج" و"العيوب المخفية" يُعدان كابوسين رئيسيين للكاميرات التقليدية: فالانعكاسات القوية الناتجة عن أسطح الأجزاء المعدنية تجعل الخدوش "غير مرئية"، ويُخفي الوهج على الزجاج الشفاف الفقاعات الداخلية، كما أن علامات الإجهاد على الأجزاء البلاستيكية تكون غير قابلة للكشف تمامًا باستخدام الكاميرات القياسية. وتؤدي هذه المشكلات إلى معدلات تفويت للعيوب تصل إلى 15%، مما يستدعي إعادة الفحص يدويًا، وهو ما يبطئ الإنتاج بشكل كبير.

تُعد كاميرات الاستقطاب، باستغلالها لقدرتها الفريدة على "ترشيح الضوء المستقطب وإبراز الاختلافات الدقيقة"، بمثابة "مرشح مضاد للوهج + عدسة تكبير للعيوب" بالنسبة للكاميرا، حيث تقوم بسهولة بحل المشكلات التي تواجه صعوبة في التعامل معها الكاميرات التقليدية.

يستعرض هذا المقال أهم سيناريوهات التطبيق الأساسية لكاميرات الاستقطاب في الفحص الصناعي، مدمجًا بين المبادئ التقنية وحالات من الواقع العملي لمساعدتك على فهم "لماذا يمكنها التخلص من الانعكاسات وكشف العيوب".

أولاً. المُمَكِّنات الأساسية الـ"2" لكاميرات الاستقطاب

يعتقد كثير من الناس أن "الكاميرات الاستقطابية تُستخدم فقط لتقليل الوهج"، لكنهم يتجاهلون قيمتها الجوهرية المتمثلة في "التفاعل بين الضوء المستقطب والمواد". وتُعالج هاتان القدرتان بشكل مباشر أوجه القصور في الكاميرات التقليدية:

1. "إلغاء الوهج الاتجاهي" لإزالة تداخل الانعكاسات/الوهج: غالبًا ما يكون الضوء المنعكس عن الأسطح الناعمة مثل المعدن والزجاج والبلاستيك عبارة عن "ضوء مستقطب" (ضوء يهتز في مستوى واحد). يمكن للكاميرات الاستقطابية تصفية الضوء المستقطب في اتجاهات محددة من خلال تعديل زاوية المرشح الاستقطابي، مما يؤدي إلى "تغميق" المناطق العاكسة و"وضوح" تفاصيل العيوب (مثلاً تصبح خدوش المعدن مرئية وسط الانعكاسات).

2. «الكشف عن السمات المخفية» لتحديد الاختلافات غير المرئية: تُسبب الخصائص المخفية مثل الإجهاد الداخلي في المكونات الشفافة، أو نسيج البلاستيك، أو تجانس الطلاء تغيرًا في «حالة الاستقطاب» للضوء المنقول (تغير في اتجاه الاهتزاز). يمكن لكاميرات الاستقطاب التقاط هذا التغير، وتحويل السمات المخفية إلى صور ذات «تباين في السطوع» (مثلاً تظهر علامات الإجهاد في الزجاج كهالات ملونة).

ببساطة: المشاهد التي تكون فيها الكاميرات التقليدية «عاجزة عن الرؤية بسبب الوهج» هي «المجال الرئيسي» لكاميرات الاستقطاب.

ثانيًا. سيناريوهات التطبيق الأساسية في فحص الرؤية الصناعية

ليست كاميرات الاستقطاب أداة «شاملة»، لكن ميزاتها لا يمكن تعويضها في السيناريوهات التي تتسم بـ«وهج شديد أو الحاجة إلى الكشف عن سمات مخفية»، وتُستخدم تحديدًا عبر مجالات صناعية متعددة:

1. السيناريو الأول: فحص عيوب سطح قطع المعادن – التخلص من الوهج وكشف الخدوش/الكدمات

• نقطة الألم: غالبًا ما يتم "إغراق" الخدوش والنتوءات والشوائب السطحية على أجزاء السيارات (مثل كتل المحرك، تروس ناقل الحركة) وأدوات الأجهزة (مثل القواطع، المحامل) بسبب البقع اللامعة الناتجة عن الانعكاسات القوية من الأسطح المعدنية الناعمة تحت الكاميرات التقليدية، مما يؤدي إلى معدلات فقد في الكشف تصل إلى 20%. يتطلب الفحص اليدوي تعديل الزوايا مرارًا وتكرارًا للعثور على مناطق أقل عرضة للانعكاس، ويستغرق الأمر 5 دقائق لكل قطعة، وهو أمر غير فعال للغاية وعرضة للأخطاء الناتجة عن التعب.

• حل كاميرا الاستقطاب:

(1). المبدأ التقني: غالبًا ما تكون الانعكاسات من الأسطح المعدنية "ضوءًا مستقطبًا خطيًا". من خلال ضبط زاوية مرشح الاستقطاب في الكاميرا بحيث تكون عمودية على اتجاه استقطاب الانعكاس، يمكن تصفية أكثر من 90% من الوهج. أما الضوء المنعكس من الخدوش/النتوءات فيتشتت بشكل عشوائي (غير مستقطب) ولا يتم تصفية، وبالتالي يظهر كـ"خطوط ساطعة/بقع داكنة واضحة" على خلفية داكنة، مما يجعل العيوب بارزة.

(2). إعدادات العتاد: استخدم كاميرا خطية ذات قطبية 5 ميجابكسل (بزاوية قطب قابلة للتعديل من 0 إلى 360 درجة) + إضاءة حلقيّة (إضاءة موحدة، تقلل البقع الساطعة) + عدسة ماكرو (تكبير تفاصيل العيوب مثل خدوش بحجم 0.1 مم).

• تأثير التنفيذ:

فحص خدش على سطح ترس ناقل الحركة (عمق الخدش ≥0.05 مم):

(1).الطريقة التقليدية: كاميرا تقليدية + فحص يدوي مجدد، 5 دقائق/ترس، معدل الإهمال 20٪ (تختفي الخدوش الدقيقة وراء الوهج)، خسائر إعادة العمل اليومية >10,000 يوان صيني.

(2).طريقة الكاميرا ذات الاستقطاب: فحص آلي لإزالة الوهج، 10 ثوانٍ/ترس، يكتشف خدوش دقيقة بحجم 0.05 مم، تم تخفيض معدل الإهمال إلى 0.5٪، وارتفعت الكفاءة 30 ضعفًا، وتوفير يومي في إعادة العمل حوالي 9,500 يوان صيني، وتوفير سنوي أكثر من 3 مليون يوان صيني.

• السيناريوهات المناسبة: فحص الخدوش والكسور والتفلطحات على أجزاء معدنية للسيارات، وأدوات يدوية، ومنتجات من الفولاذ المقاوم للصدأ، ومكونات معدنية للصناعات الجوية والفضائية.

2. السيناريو الثاني: فحص أجزاء شفافة/شبه شفافة – إزالة الوهج لرؤية الفقاعات/الشوائب الداخلية

• نقطة الألم: بالنسبة للمنتجات مثل أغطية الزجاج الخاصة بالهواتف المحمولة، والزجاج الفوتوفولطي، وزجاجات البلاستيك، وعدسات التصوير، فإن "الوهج السطحي" و"الانعكاسات الداخلية" عند التقاطها بكاميرات تقليدية تُخفي الفقاعات الداخلية، والشوائب، والشقوق. قد تكون الفقاعة بقطر 0.1 مم في زجاج الهاتف مجرد ضبابية ناتجة عن الوهج. وتتطلب عملية الفحص اليدوي استخدام صناديق داكنة وزوايا إضاءة محددة، وهي بطيئة (30 ثانية لكل قطعة زجاج)، وعرضة للإغفال.

• حل كاميرا الاستقطاب:

(1). المبدأ التقني: إزالة الوهج السطحي (الذي غالبًا ما يكون مستقطبًا) يسمح بالتقاط وضوح "تشتت الضوء الناتج عن العيوب الداخلية". حيث تسبب الفقاعات والشوائب تشتتًا للضوء (غير مستقطب)، وتظهر على هيئة "بقع داكنة"؛ بينما تغيّر الشقوق انكسار الضوء، فتظهر كـ"خطوط داكنة"، تمامًا خالية من تداخل الوهج.

(2). إعدادات العتاد: استخدم كاميرا استقطاب مسح مساحي 12 ميجابكسل (بدقة عالية لاكتشاف العيوب الدقيقة) + إضاءة محورية (للتقليل من الانعكاسات السطحية) + ناقل زجاجي (بسرعة ثابتة للفحص عالي السرعة).

• تأثير التنفيذ:

فحص الفقاعات الداخلية في أغطية زجاج الهاتف المحمول (قطر الفقاعة ≥0.1 مم):

(1). الطريقة التقليدية: كاميرا تقليدية + فحص يدوي داخل صندوق مظلم، 30 ثانية/قطعة زجاج، معدل التفويت 15٪ (الفقاعات الصغيرة مخفية بواسطة الوهج)، أكثر من 200 قطعة زجاج يتم التخلص منها يوميًا (خسارة 6000 يوان صيني).

(2). طريقة الكاميرا المستقطبة: فحص آلي بإزالة الوهج، 2 ثانية/قطعة زجاج، يكتشف فقاعات بحجم 0.1 مم، تم تقليل معدل التفويت إلى 0.3٪، وانخفض عدد القطع المرفوضة يوميًا إلى 6 قطع (خسارة 180 يوان صيني)، وتوفير سنوي بأكثر من 2 مليون يوان صيني، وزيادة الكفاءة 15 ضعفًا.

• السيناريوهات المناسبة: فحص الفقاعات الداخلية، والشوائب، والشقوق في زجاج الهواتف، وزجاج الطاقة الشمسية، وعدسات البصريات، والحاويات الشفافة البلاستيكية، والأفلام شبه الشفافة.

3. السيناريو 3: فحص إجهاد المواد البلاستيكية/المُركبة – كشف علامات الإجهاد الداخلي المخفية/النسيج

• نقطة الألم: العلامات الداخلية الناتجة عن الإجهاد من عملية القولبة/التشكيل في الأجزاء البلاستيكية (مثل أغلفة الأجهزة، وتجهيزات السيارات الداخلية) وفي المواد المركبة (مثل صفائح ألياف الكربون) تكون غير مرئية ولكنها تُضعف الأجزاء. تتطلب الفحوصات التقليدية استخدام "مقطاب ضوئي" (جهاز مخصص، بطيء: دقيقتان/جزء)، وهو غير متوافق مع سرعة خط الإنتاج (مثلاً: 10 أجزاء/دقيقة)، ما يضطر إلى أخذ عينات (مثلاً: 10%)، مما يزيد من خطر حدوث عيوب بالدفعة.

• حل كاميرا الاستقطاب:

(1).المبدأ الفني: تتسبب العلامات الناتجة عن الإجهاد في ظاهرة "الانعكاس الازدواجي" (ينقسم الضوء إلى شعاعين مستقطبين بشكل متعامد). تقوم الكاميرا باستشعار فرق الطور، وتحوله إلى "أشرطة ملونة" (أكثر كثافة حيث يكون الإجهاد مرتفعاً)، مما يجعل العلامات الخفية الناتجة عن الإجهاد مرئية دون الحاجة إلى مقطاب ضوئي مخصص.

(2).إعدادات الجهاز: استخدم كاميرا استقطاب بدقة 2 ميجابكسل (تدعم تحليل فرق الطور) + مصدر إضاءة مسطح عالي السطوع (يضمن اختراق الضوء للبلاستيك السميك) + نظام تشغيل متزامن مع الخط (يتزامن مع جهاز القولبة).

• تأثير التنفيذ:

فحص العلامات الناتجة عن الإجهاد في هيكل غسالة الملابس البلاستيكي:

(1).الطريقة التقليدية: أدى أخذ العينات باستخدام جهاز قياس الاستقطاب، دورة كل دقيقتين/غطاء، ومعدل عينة 10٪، في السابق إلى تشقق الدُفعات (خسارة 500,000 يوان صيني).

(2).طريقة الكاميرا ذات الاستقطاب: فحص كامل بنسبة 100٪، 5 ثوانٍ/غطاء، ويكتشف علامات الإجهاد الخفية بعرض 0.5 مم، ومعدل اكتشاف 99.8٪ للتشوهات الناتجة عن الإجهاد، مما يقضي على عيوب الدُفعات، ويوفر سنويًا أكثر من 800,000 يوان صيني، ويزيد الكفاءة 24 ضعفًا.

• السيناريوهات المناسبة: فحص علامات الإجهاد الداخلية وعدم انتظام النسيج في أغلفة الأجهزة البلاستيكية، والديكورات الداخلية للسيارات المصنوعة من البلاستيك، والمكونات المركبة، وأنابيب البلاستيك.

4. السيناريو 4: فحص تجانس الطلاء/الغشاء – اكتشاف تباين السمك أو تخطي الطلاء

• نقطة الألم: يؤثر تجانس الطلاء على طلاء السيارات، وأسطح الأثاث، والأغشية الصناعية على المظهر/الأداء. لا ترى الكاميرات التقليدية سوى اختلافات اللون، وليس تباين السمك (مثل فرق 0.01 مم في الطلاء). وتستخدم الطرق التقليدية "أجهزة قياس سماكة الطلاء" (باللمس، 10 ثوانٍ/نقطة)، وهي غير مناسبة للمساحات الكبيرة، وبطيئة جدًا.

• حل كاميرا الاستقطاب:

(1).المبدأ الفني: تتسبب سماكات الطلاء المختلفة في "تغيرات مختلفة في حالة الاستقطاب" في الضوء المنقول. حيث تُغير المناطق السميكة الاستقطاب أكثر. وتحليل هذه الاختلافات يحوّل التباين في السماكة إلى "تدرجات في السطوع" (الداكن = سميك، الفاتح = رقيق)، مما يُظهر بصريًا مشكلات عدم الانتظام دون الحاجة إلى التلامس.

(2).إعدادات الجهاز: استخدم كاميرا استقطابية بدقة 8 ميجابكسل (مع خوارزميات تحليل حالة الاستقطاب) + إضاءة شريطية (تغطي مساحة كبيرة) + ذراع روبوتية (لفحص بزاوية 360°).

• تأثير التنفيذ:

فحص انتظام طلاء السيارات (المتطلب: 80±5 ميكرومتر):

(1). الطريقة التقليدية: أخذ عينات باستخدام جهاز قياس السماكة (10 نقاط/سيارة)، 10 دقائق/سيارة، معدل الإهمال 12% (عدم الانتظام في المناطق غير المُقاسة)، ومعدل إعادة العمل 8%.

(2). طريقة الكاميرا ذات الاستقطاب: فحص كامل خلال 5 دقائق/سيارة، ويكتشف تباين السماكة ±3 ميكرومتر، ومعدل كشف 99.5% لمشكلات الانتظام، ويقلل معدل إعادة العمل إلى 0.5%، وتوفير سنوي في تكاليف إعادة العمل بأكثر من 1.2 مليون يوان، وزيادة الكفاءة بمقدار الضعف.

• السيناريوهات المناسبة: فحص انتظام الطلاء، والطلاء المفقود، وتباين السماكة لأنواع طلاء السيارات، والأثاث، والأفلام الصناعية، وطلاءات مقاومة الصدأ على المعادن.

ثالثاً: الأخطاء التي يجب تجنبها: 3 اعتبارات رئيسية  

• اختر وضع الاستقطاب بناءً على نوع العيب: ليست جميع السيناريوهات تستخدم الوضع نفسه. يمكن أن تكون الكاميرات ذات استقطاب خطي (الأفضل للانعكاسات السطحية على المعادن/الزجاج) أو استقطاب دائري (أفضل للأسطح المنحنية/غير المنتظمة مثل المنحنيات البلاستيكية، الزجاج المقوس). اختيار الوضع الخاطئ يقلل الفعالية.

•قم بمزامنة مصدر الضوء وزاوية المستقطب: ضروري لتحقيق التأثير. استخدم مصادر ضوء غير مستقطبة (مصابيح LED قياسية) وقم بتعديل الزاوية بين مصدر الضوء والمستقطب الخاص بالكاميرا (الأفضل عندما تكون عمودية). استخدام مصادر ضوء مستقطبة أو زوايا خاطئة يؤدي إلى عدم القضاء على الوهج.

• ضع في الاعتبار الدقة ومعدل الإطارات حسب وتيرة الإنتاج:

(1). العيوب الدقيقة (مثل خدش بحجم 0.1 مم): اختر كاميرا بدقة ≥5 ميجابكسل.

(2). الخطوط عالية السرعة (مثل 1 زجاجة كل ثانيتين): اختر كاميرا بدقة ≥60 إطارًا في الثانية.

(3). المساحات الكبيرة (مثل هيكل السيارة): اختر كاميرا استقطاب من نوع المسح الموضعي لتجنب أخطاء التوصيل الناتجة عن كاميرات المسح الخطي.

رابعًا. ملخص: كاميرات الاستقطاب – تمكين الفحص الصناعي من "التخلص من الوهج ورؤية العيوب المخفية"

مع تزايد الطلب في التصنيع الصناعي على دقة أعلى في اكتشاف العيوب وزيادة الإنتاجية، أصبحت محدودية الكاميرات التقليدية – "الوهج المؤثر وعدم القدرة على رؤية العيوب المخفية" – أكثر وضوحًا.  

أصبحت كاميرات الاستقطاب، بفضل قدراتها الفريدة في "إلغاء الوهج وكشف السمات المخفية"، أدوات أساسية في مجالات مثل معالجة المعادن، وتصنيع الأجزاء الشفافة، وتشكيل البلاستيك، والطلاء وغيرها. وهي لا تحل محل الكاميرات التقليدية، بل تسد الفجوة في "السценاريوهات التي يكثر فيها الوهج واكتشاف العيوب المخفية"، مما ينقل فحص الرؤية الصناعية من "الاعتماد على الحظ والزوايا" إلى "التحديد المستقر والدقيق".