Почему машинное зрение стало основным методом промышленного контроля качества?

Кто-то  май задаётесь вопросом: «Почему машинное зрение стало основным методом в промышленном контроле качества?»

Традиционный ручной контроль часто страдает от проблем: невозможности обнаружить мелкие дефекты, неспособности угнаться за высокоскоростными производственными линиями и постоянно растущих затрат. В отличие от этого, машинное зрение, используя «машины вместо человеческого глаза», стало новым основным методом промышленного контроля качества.

Я. Три Основные проблемы традиционного контроля, стимулирующие необходимость замены

1. Низкая точность

Человеческий глаз едва может различать объекты размером около 0,1 мм. Он просто не способен увидеть микроскопическое отверстие размером 1 мкм на полупроводнике или пропуск покрытия размером 5 мкм на батарее, а также подвержен усталости (процент ошибок возрастает с 5 % до 15 % после 2 часов работы).

2. Низкая эффективность

Человеческий глаз может проверить 2–3 изделия в секунду. На высокоскоростных линиях, работающих со скоростью 3 м/с, возможно только выборочное тестирование (10%–20%), что создаёт высокий риск пропуска дефектов.

3. Высокая стоимость

Обучение инспектора по качеству занимает 3–6 месяцев, а годовые зарплаты растут на 8%–10%. Потери от отзывов из-за пропущенных дефектов еще более серьезны (например, одна автомобильная компания однажды потеряла более десяти миллионов из-за ошибок при осмотре).

II. Пять Ключевые преимущества: почему машинное зрение стало основным решением

1. Точность, превосходящая человеческий глаз: от миллиметров до микронов

(1) Преимущество: камеры высокого разрешения и алгоритмы могут обнаруживать дефекты размером 1–5 мкм (в 20–100 раз лучше, чем человеческий глаз), сохраняя точность круглосуточно (частота ошибок <0,5%).

(2) Пример из практики: при контроле полупроводниковых пластин обнаруживаются микроскопические отверстия размером 1 мкм, что снижает долю пропущенных дефектов с 8% до 0,1%. При контроле стекла для мобильных телефонов выявляются царапины размером 0,5 мкм, что снижает выдачу бракованных изделий на 90%.

(3) Подходит для: полупроводников, прецизионной электроники, оптических компонентов.

2. Быстрее ручного труда: от выборочного контроля к 100% сплошному контролю

(1) Преимущество: обрабатывает 20–100 изображений в секунду, совместим с высокоскоростными линиями 1–5 м/с, обеспечивает 100% полную проверку (ручной метод позволяет только выборочную проверку).

(2) Пример из практики: на линии электродов для аккумуляторов со скоростью 3 м/с система технического зрения проверяет 80 единиц в секунду (при ручном контроле — 1 единица), достигая уровня пропуска дефектов менее 0,2% после полной проверки и снижая количество бракованных изделий более чем на 100 000 штук в год.

(3) Подходит для: аккумуляторов новой энергетики, электронных компонентов, упаковки пищевых продуктов.

3. Ниже стоимости ручного труда: единовременные инвестиции, долгосрочная экономия

(1) Преимущество: одна система технического зрения может заменить 3–5 человек. При средней годовой зарплате ¥100 000 на одного человека период окупаемости составляет 1–2 года. Кроме того, отсутствует необходимость в обучении персонала и проблемы с текучестью кадров.

(2) Пример из практики: завод автозапчастей использовал 2 системы для замены 6 рабочих. Инвестиции: ¥800 000, годовая экономия: ¥600 000, окупаемость за 14 месяцев, а также сокращение потерь на переработку на ¥2 млн.

(3) Подходит для: производства автомобилей, переработки пищевых продуктов, производства металлических компонентов.

4. Прослеживаемость данных: полная цифровизация процесса

(1) Преимущество: автоматически фиксирует тип и место дефекта, синхронизируется с MES/ERP, обеспечивая прослеживаемость брака до источника (например, неверные параметры оборудования).

(2) Пример из практики: на заводе печатных плат обнаружили рост брака на 10% в одной из партий. Анализ данных выявил отклонение параметров экспозиционной машины, которое было устранено за 1 час, предотвратив списание всей партии.

(3) Подходит для: автомобилестроения, электроники, медицинских приборов.

5. Устойчивость к тяжёлым условиям: работает там, где люди не могут или не хотят

(1) Преимущество: устойчив к высоким температурам (-20 °C до 80 °C), защите от пыли и влаги (IP65), вибрации, может применяться в сварочных цехах, на линиях с высокой температурой.

(2) Пример из практики: в сварочном цеху автомобильного производства при температуре выше 60 °C и сильном задымлении система технического зрения проверяет наличие утечек сварки круглосуточно с точностью 99,5%. На металлургическом заводе инспектируются стальные листы в условиях запылённости и вибрации, что повысило эффективность в 5 раз.

(3) Подходит для: сварки, покраски, сталелитейной промышленности, металлургии.

Iii. Три Ошибки, которых следует избегать: не используйте неправильно

Не стремитесь к завышенным характеристикам: используйте камеру на 20 Мп для обнаружения царапин размером 0,1 мм; нет необходимости в 50 Мп (стоимость возрастает на 50%).

Сосредоточьтесь на пригодности оборудования: используйте подсветку под низким углом для выявления царапин на металле, сквозную подсветку — для прозрачных деталей. Неправильное освещение может увеличить долю ошибок на 10%.

Проводите регулярное техническое обслуживание: очищайте объективы еженедельно, заменяйте источники света каждые 1–2 года. В противном случае точность снижается (например, на одном заводе доля ошибок возросла с 0,2% до 5% из-за устаревшего освещения).

IV. Заключение: визуальный контроль — это «модернизация системы контроля качества»

Это не просто замена ручного труда, а перестройка процесса контроля качества за счёт высокой точности, высокой эффективности и оцифровки данных, что соответствует концепции Industry 4.0 и становится «ключевым звеном» между производством и контролем качества.