seramik yüzeylerinde hata tespiti ve sınıflandırılması için

SERAMİK YÜZEYLERİNDE HATA TESPİTİ VE
SINIFLANDIRILMASI İÇİN OTOMATİK SİSTEM TASARIMI
Mehmet Erdal Özbek1 ve Haldun Sarnel2
1
Y. Müh., İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü, 35437 Urla
İZMİR
[email protected]
2
Yard. Doç. Dr., Dokuz Eylül Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü, 35160 Buca
İZMİR
[email protected]
Anahtar Kelimeler: Hata Tespiti, Sınıflandırma İlgili Oturum Konusu: Teknolojik Diğer Uygulamalar
1. GİRİŞ
Günümüzde seramik endüstrisi otomasyonda sağlanan ilerlemelerin yararlarından
faydalanmaktadır. Ancak üretimin son aşamasında farklı seramik fayansları tanıyıp,
farklı gruplara ayırmak ya da hatalı olanları elemek gibi işlemlerde ürün denetimi hala
kişiye bağımlı kalmış durumdadır. Bu sorunu çözmek için yeni otomatik sistemler
geliştirilmekte ve konu üzerinde araştırma çalışmaları sürdürülmektedir1.
Son çalışmalar seramik fayans yüzeylerinin incelenerek, hata yapılarına göre sınıflara
ayrılmasını sağlamak üzerine yoğunlaşmıştır. Bu amaçla seramik fayans yüzeylerinde
imalat sırasında oluşan çatlak, yarık, tümsek, delik, çukur, dalgalanma ve benzeri hata
yapıları yakalanmaya çalışılıp, belirlenen kriterlere göre seramiklerin sınıflandırılması
yapılmaktadır2. Ancak günümüzde bütün bu işlemler için eğitilmiş bir kişinin üretim
bandının başında durup, devamlı sürede akan seramik yüzeylerine yoğun bir ışık altında
bakarak hatalı olanları ayıklaması ve hata derecesine göre seramikleri farklı sınıflara
ayırmak için işaretlemesi gerekmektedir.
Otomasyonun gelişmesi ile birlikte ürün denetimi ve kalitesi insan kapasitesinden
bağımsız hale getirilmektedir. Hatalı ürünlerin tespiti daha hassas bir şekilde
gerçekleştirilirken, hatalı olanların ayıklanması ve yeniden üretim aşamasına geri
döndürülmesi ile oluşabilecek malzeme israfı önceden engellenmiş olmaktadır.
Ürünlerin farklılıklarına bağlı olarak sınıflandırma işlemi daha az hatalı bir şekilde
yapıldığından daha çok ve farklı ürün paketlenebilmekte, daha hızlı ve daha kaliteli bir
üretim gerçekleştirilebilmektedir.
2. SERAMİK YÜZEYİNDEN HATA TESPİTİ
Seramik yüzeylerinde oluşan hataların tespiti, hatalı bölgelerin belirlenmesi ve hata
olarak adlandırılan yapıların sayısı ve boyutlarının belirlenmesinden oluşmaktadır.
Hatalı yapı sayısı ve boyutlarına göre seramikler üç esas gruba ayrılmaktadır:
1
1.
2.
3.
Birinci sınıf (az hatalı ya da hatasız)
İkinci sınıf (az fakat kabul edilebilir sayıda ve boyuttaki hatalar)
Fire (kabul edilemez hatalar)
Seramiklerde görülen çatlak, yarık, tümsek, delik, çukur, dalgalanma ve benzeri hata
yapıları, gözlenen boyutları ile birlikte Tablo 1'de verilmiştir. Bu değişik yapı ve
boyutlardaki hataların sezimi için farklı yaklaşımlar bulunmaktadır. Bunlar temel
görüntü işleme yaklaşım ve yöntemlerinin bir veya daha fazlasını birarada
kullanmaktadır. Otomatik sistem tasarımı da kullanılan bu yöntemlere dayanmaktadır.
Tablo 1. Tipik seramik hataları ve boyutları
Hata
Tanımı
Boyutu
Çatlak
Tümsek
Çukurluk
Delik
Kir
Damla
Su damlaları
Ondüle
Renk
Doku
Çatlak, yarık, kesik
Sırlı yüzeyde kabarma
Sırlı yüzeyde dairesel şekilde çökme
İnce küçük delikler, kabarcıklar, kraterler
Toz ya da artık sır parçacıkları
Sırlanma sırasında oluşan damlalar
Yoğunlaşma sırasında oluşan düzensiz şekiller
Uzunlamasına ve dalgalı sır yayılımı
Renk benekleri, lekeleri
Düzenli yapıdan ayrıştırılabilen damlalar
Onda bir mm-birkaç cm
Onda bir mm-birkaç mm
Yarıçapı<5 mm
En az 0.25 mm
Onda bir mm-birkaç mm
Onda bir mm-birkaç mm
Birkaç mm-birkaç cm
Birkaç cm (en ve boy)
Onda bir mm-birkaç mm
Onda bir mm-birkaç mm
3. OTOMATİK SİSTEM TASARIMI
Otomatik sistem tasarımının temelinde seramik yüzeylerin görüntülerinin yüksek
çözünürlüklü kameralar aracılığıyla elde edilmesi yatmaktadır. Özel olarak oluşturulan
ışık sistemi altından geçen seramik yüzeylerin detaylı görüntüleri özel kameralar2 ile
hızlı bir şekilde elde edilmektedir. Küçük piksel boyutlu (örneğin 7µm x 7µm), yüksek
çözünürlüğe sahip (5000 pikselin üzerinde) satır tarayan (linescan), yüksek performanslı
renkli ve siyah-beyaz kameralar ile görüntüler elde edilmektedir. Daha sonra bu
görüntüler temel görüntü işleme yaklaşım ve yöntemlerinin ele alındığı yazılım aracılığı
ile taranarak hata yapıları tespit edilmekte ve seramikler hata yapılarına göre sınıflara
ayrıştırılmaktadır.
Kamera
Işık kaynağı
Normal yansıyan ışık
Farklı yansıyan ışık
Hatalı yüzeyli seramik
Şekil 1. Belirli hata yapıları için görüntü yakalama düzenlemesi
2
Görüntülerde öncelikle seramiklerin sınırları tespit edilmekte, belirlenen sınırlar
içindeki seramik yüzeyinin üzerindeki hatalar Şekil 1'de de gösterildiği gibi uygulanan
ışığın farklı yönlere doğru yansımasından yararlanarak yakalanmaktadır.
Belirli hataların yakalanmasında kullanılan bu basit düzenlemeden başka, farklı ve
tespit edilmesi zor hata yapılarına özgü görüntü işleme teknikleri de kullanılmaktadır.
Görüntü histogramları ve basit süzgeçler kullanarak yapılan filtreleme ile ilgili
çalışmalar3 olduğu gibi, örneğin düzgün renklendirilmiş bir seramik üzerindeki
çatlakları tespit etmek için yatay ve düşey doğrultudaki konvolüsyonları kullanan
optimal satır süzgeçler de kullanılmıştır. Morfolojik tekniklerin yanı sıra Wigner
dağılımı gibi istatistiksel ve spektral teknikler de kullanılan yöntemlerden bazılarıdır1,2.
Son zamanlarda bunlara kesikli dalgacık dönüşümü ve tekil değer ayrışımı da
eklenmiştir4. Bütün bu teknikler, Tablo 2'de verilen hata yapılarının geometrik ve
istatistiksel ölçülerini kullanmaktadır2.
Tablo 2. Hata yapılarının geometrik ve istatistiksel ölçüleri
Hata
Geometri
İstatistik
İnce yapılar
Toplam uzunluk, dallanma sayısı, merkez,
yön, doğrusallık
Alan, merkez, çap uzunluğu, en küçük
sınırlayan dikdörtgen, şekil, dışmerkezlilik
Ortalama değer, standart sapma,
dal uzunluğunun varyansı
Ortalama değer, varyans, ışık
değişimi, optik merkez
Diğerleri
Hataların sınıflandırılmasında kullanılan temel yaklaşımların yanı sıra, literatürde4 de
verildiği gibi yapay sinir ağları da kullanılmaktadır. Sınıflandırılmış seramikler
sınıflarına göre paketlenmeye ya da tekrar üretim için seramik kazanına
yönlendirilmektedir.
4. SONUÇ
Bu konuda yapılacak araştırmalar ve seramik fabrikalarının desteği ile, Türkiye’de de
seramik üreten fabrikalarda üretim sonu hata kontrolü yapabilen, hataları sınıflarına
ayırabilen bir otomatik seramik hata denetleme ve sınıflandırma sistemi yapımı
mümkün görünmektedir.
1
C. Boukouvalas, J. Kittler, R. Marik, M. Mirmehdi, M. Petrou, “Ceramic Tile Inspection for
Colour and Structural Defects”, Proceedings of AMPT95, s: 390-399, Ağustos 1995.
2
C. Boukouvalas, F. De Natale, G. De Toni, J. Kittler, R. Marik, M. Mirmehdi, M. Petrou, P. Le
Roy, R. Salgari, G. Vernazza, “ASSIST: Automatic System for Surface Inspection and Sorting of
Tiles”, Journal of Materials Processing Technology, 82 s: 179-188, Ekim 1998.
3
G.S. Desoli, S. Fioravanti, D. Corso, "A System for Automated Visual Inspection of Ceramic
Tiles", International Conference on Industrial Electronics, Control and Instrumentation, IECON,
s:1871-1876, 1993.
4
Z. F. Hocenski, E. K. Nyarko, “Surface Quality Control of Ceramic Tiles Using Neural Network
Approach”, Proceedings of the 2002 IEEE International Symposium on Industrial Electronics
(ISIE), cilt: 2, s: 657-660, 2002.
3