ITBO980471A1 - Procedimento ed apparato per il controllo di qualita' di una linea di produzione . - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

PROCEDIMENTO ED APPARATO PER IL CONTROL-LO DI QUALITÀ IN UNA LINEA DI PRODUZIONE.

La presente invenzione concerne un procedimento ed un apparato per il controllo di qualità in una linea di produzione.

E' noto che, in svariati settori della produzione industriale, sono utilizzati sistemi computerizzati per il controllo di qualità, i quali si basano sostanzialmente sul confronto delle immagini acquisite mediante una o più video camere dei prodotti in lavorazione con immagini di riferimento memorizzate.

A titolo di esempio, fra i campi di applicazione di detti sistemi, vi sono:

la produzione di piastrelle nell'industria ceramica;

la produzione di carte plastificate dotate di banda magnetica o microchip;

- la selezione di oggetti da parte di robot;

la stampa a fini diversi (banconote, d'arte, su tessuti) Tipicamente, nella lavorazione di un prodotto, possono essere introdotti vari difetti nella struttura dell'oggetto (irregolarità dei contorni, non planarità, bolle, crateri, fratture, difetti di laminazione, errata collocazione di componenti, ecc.) oppure nel disegno su di esso riprodotto (irregolarità, disuniformità di toni, macchie, difetti di stampa, ecc.). Inoltre, effettuando l'ispezione del prodotto in lavorazione mediante una video camera, ulteriori apparenti difetti sono generalmente introdotti dal sistema di acquisizione dell'immagine, derivanti da fluttuazioni casuali nell'intensità dei pixel.

Scopo principale della presente invenzione è quello di fornire un procedimento ed un apparato per l'individuazione, automatica ed in tempo reale, di difetti di produzione in un oggetto, indipendentemente dal rumore introdotto dal sistema di acquisizione dell'immagine ed in conformità di parametri di controllo prefissati.

E' in particolare scopo dell'invenzione quello di fornire un sistema computerizzato per il controllo di qualità in una linea di produzione, sistema che sia in grado di individuare difetti in un prodotto con una sensibilità analoga e non inferiore a quella dell'occhio umano.

Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di fornire un sistema che sia in grado di misurare le differenze fra l'immagine di un prodotto ed un’immagine di riferimento di esso e conseguentemente di individuare i prodotti la cui immagine si differenzia dall'immagine di riferimento in misura maggiore di un valore di soglia prefissato, operando nel caso una scelta differenziata.

E’ anche scopo dell’invenzione quello di fornire un sistema per il confronto di immagini acquisite mediante video camera con un’immagine di riferimento, il quale sistema consenta di individuare con una sola procedura differenze geometriche, di planarità, nel disegno o nelle tonalità di esso, fra le immagini acquisite e quella di riferimento, anche in presenza di eventuali traslazioni, rotazioni e variazioni di scala.

I suddetti scopi sono conseguiti con un procedimento ed un apparato in conformità di quanto indicato nelle allegate rivendicazioni.

I vantaggi e le caratteristiche del presente trovato risulteranno evidenti dalla descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui:

la figura 1 illustra schematicamente un apparato secondo l'invenzione;

la figura 2 è un diagramma a blocchi di una sequenza operativa dell'apparato di figura 1.

Con riferimento alla figura 1 , un apparato secondo la presente invenzione, per il controllo di qualità di una linea di produzione, comprende sostanzialmente una video camera 1, un sistema di illuminazione 2, un frame grabber 3 ed una unità 4 di elaborazione e controllo. La video camera 1 può essere di tipo lineare a colori, provvista di un'ottica di luminosità media e di un filtro di conversione della temperatura di colore. La video camera 1 è posizionata al disopra di un nastro trasportatore 5, sul quale giacciono i prodotti (ad es. piastrelle ceramiche) ed è preferibilmente orientabile per consentire l'acquisizione ottimale dell'immagine, conformemente al sistema di trasporto degii oggetti.

La video camera 1 è inoltre preferibilmente supportata in modo da poterne variare la quota in funzione delle dimensioni degli oggetti da inquadrare e delle caratteristiche ottiche del sistema.

Il sistema di illuminazione 2, che può essere costituito da lampade 20 alogene, è strutturato in modo da consentire una opportuna illuminazione dell’oggetto, a seconda dell'ispezione voluta effettuare. Ad esempio, nel caso in cui si vogliano individuare difformità nelle tonalità di colori, il fascio luminoso deve incidere normalmente alla superficie dell’oggetto. Un filtro dicroico, un array lenticolare e mezzi per il brandeggio rispetto alla verticale possono inoltre essere vantaggiosamente previsti.

Qualora l'acquisizione dell'immagine sia effettuata mediante una video camera di tipo lineare, una fotocellula a riflessione è prevista posizionata ortogonale al nastro trasportatore. Ciò consente di generare segnali di Start e di Stop, necessari per limitare l'acquisizione alle sole parti di interesse e per sincronizzare il tratto di trasporto con l'acquisizione stessa.

Sia il frame grabber 3 che l'unità 4 di elaborazione e controllo possono essere scelti in funzione delle specifiche esigenze legate alla linea di produzione. In particolare l’unità 4 può essere costituita da un personal computer.

In ogni caso il funzionamento dell'apparato è sostanzialmente conforme a quanto descritto nel seguito ed illustrato in figura 2.

All'inizio della produzione si acquisiscono, nelle stesse condizioni, e si memorizzano più immagini campione di oggetti privi di difetti. Si definisce successivamente un'immagine di riferimento costituita da una "media" delle immagini campione. Detta "media" può essere, ad esempio, ottenuta mediando i valori dei pixel corrispondenti delle immagini acquisite. Nel caso in cui si disponga di un’immagine virtuale realizzata, ad esempio, con strumenti di grafica computerizzata, le immagini campione possono essere generate computazionalmente sommando all’immagine virtuale il rumore prodotto dal sistema di acquisizione.

Viene poi calcolato un parametro IM (più dettagliatamente descritto nel seguito), ad esempio per ogni immagine campione acquisita o generata, che misura la "distanza" dall'immagine di riferimento. Si determinano quindi il valor medio <IM> e l'errore corrispondente σ dei valori IM calcolati rispetto ad una distribuzione statìstica scelta in funzione dei criteri di controllo della qualità che si desiderano applicare al prodotto.

A titolo di esempio, qualora i difetti si conoscano (o suppongano) distribuiti in modo normale e si voglia individuare tutti i prodotti la cui immagine si differenzia dall’immagine di riferimento oltre un certo limite, il valor medio <IM> è costituito dalla media aritmetica dei valori IM e σ è lo scarto quadratico medio. L’errore calcolato è vantaggiosamente utilizzato per definire un intervallo i( σ) (ad es. i = 2o) di valori accettabili per i successivi parametri IM relativi agli oggetti prodotti.

Infatti, dato inizio alla produzione, le immagini degli oggetti in lavorazione sono a loro volta acquisite ed elaborate digitalmente, in modo da calcolare e correggere eventuali spostamenti, rotazioni o variazioni di scala rispetto aH’immagine campione. Come illustrato in fig. 2, in questo caso l’unità 4 deve consentire l’elaborazione parallela dell’algoritmo. Qualora la tipologia del prodotto in lavorazione (ad es. piastrelle o carte plastificate) e/o la meccanica del sistema garantiscano l’assenza di tutte o di alcune delle alterazioni sopra indicate, le fasi di calcolo descritte non sono necessarie in tutto o in parte e l'analisi di qualità può essere effettuata in tempi più rapidi.

Per ciascuna immagine acquisita ed eventualmente rielaborata per riprodurre le condizioni dell’immagine di riferimento, si calcola il parametro IM. Se il suo valore cade nell’intervallo i precedentemente definito il prodotto è considerato privo di difetti, altrimenti è individuato come di qualità non accettabile. In effetti, in considerazione della natura statistica del criterio adottato, l’appartenenza del valore calcolato del parametro IM all’intervallo i prestabilito garantisce l’assenza di difetti nei limiti percentuali corrispondenti alla larghezza dell’intervallo.

E’ evidente che la scelta della funzione di distribuzione per IM determina sostanzialmente i criteri di controllo applicati. In particolare, con un sistema in conformità dell’invenzione, è possibile effettuare un controllo di qualità sostanzialmente analogo a quello effettuato visivamente da un operatore, considerando accettabili difetti non rilevabili a occhio nudo. Inoltre, definendo più intervalli di valori per IM, è possibile individuare produzioni di diversa qualità. Infatti, sulla base dei valori calcolati di IM per ogni immagine acquisita, l'unità 4 di elaborazione e controllo può inviare comandi a valle della linea di produzione per instradare automaticamente i prodotti (ad es. le piastrelle) individuati come di qualità diversa nei rispettivi punti di raccolta.

Le prove effettuate hanno dimostrato che il sistema proposto è in grado di rilevare minimi difetti nell’oggetto in lavorazione, indipendentemente dal livello di rumore introdotto dal sistema di acquisizione dell'immagine. Ciò comporta il vantaggio di poter utilizzare anche vìdeo camere di basso costo, senza pregiudicare l’efficienza del sistema.

Per quanto concerne l’algoritmo di calcolo utilizzato, questo è basato sostanzialmente sulla tecnica di confronto fra due immagini bidimensionali s(x,y) e r(x,y) detta Symmetric Phase-Only Matched Filtering dei descrittori invarianti di Fourier-Mellin delie immagini (SMI-SPOMF) (cfr. Q.S. Chen et al., Symmetric Phase-Oniy Matched Filtering of Fourier-Mellin Transforms for Image Registration and Recognition, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Voi. 16, No. 12, December 1994). In questa tecnica, si estraggono e si correlano le fasi delle due immagini medìante antitrasformata della correlazione fra i trasformati S(u,v) e R(u,v) in Fourier delle due immagini - o di loro mappa in spazi polari logaritmici - normalizzati alle ampiezze. L’antitrasformata fornisce una misura della “distanza" fra le immagini ed, in particolare, nel continuo si ottiene una funzione δ di Dirac che permette di individuare traslazioni, rotazioni o fattori di scala.

Vantaggiosamente, secondo il presente procedimento, la correlazione dei trasformati in Fourier è filtrata mediante una gaussiana. In questo modo, antitrasformando, nel caso discreto, si ottiene una funzione costituita dalla convoluzione di una gaussiana con una funzione δ di Dirac ed avente un picco centrato sui valori della traslazione, nelle coordinate bidimensionali, ovvero sui valori della rotazione e della variazione di scala. Il parametro IM utilizzato è proporzionale a! valore del picco della funzione antitrasformata.

L’uso della gaussiana quale filtro offre il vantaggio di eliminare (u,v) elevati e quindi il rumore del sistema di acquisizione sulle piccole scale e pertanto di determinare con maggiore accuratezza il picco della funzione antitrasformata.

Poiché l'algoritmo utilizzato sì presta ad essere parallelizzato con elevata efficienza, i tempi di esecuzione del controllo di qualità possono essere vantaggiosamente ridotti utilizzando un sistema di calcolo comprendente più processori. Ad esempio, utilizzando quattro processori anziché uno, i tempi di esecuzione si riducono a circa 1/4.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il controllo di qualità in una linea di produzione mediante il confronto dell'immagine acquisita di un prodotto con un’immagine di riferimento, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: stabilire una soglia di accettabilità, in funzione del tipo di controllo voluto effettuare, mediante la definizione di almeno un intervallo (i) di valori per un parametro (IM) atto a misurare la distanza fra l'immagine acquisita di un prodotto e l'immagine di riferimento; - acquisire in sequenza le immagini dei prodotti sulla linea e per ogni immagine acquisita, calcolare la distanza (IM) dall'immagine di riferimento; considerare il prodotto accettabile se la distanza (IM) calcolata ricade nell'intervallo (/) definito ovvero considerare il prodotto non accettabile se la distanza (IM) calcolata non ricade nell'intervallo definito.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, per definire una soglia di accettabilità, si determina il valor medio (<IM>) ed il corrispondente errore (o) di detto parametro (IM) rispetto ad una funzione di distribuzione statistica prefissata, detto intervallo (/) essendo scelto in funzione di detto errore (o).
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta immagine di riferimento è costituita dalla media di più immagini campione relative a prodotti di qualità accettabile.
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta immagine di riferimento è costituita dalla media di più immagini ottenute sommando ad un’immagine virtuale il rumore prodotto dal sistema di acquisizione.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di definire più classi di prodotti corrispondenti ad altrettanti intervalli del parametro (IM) e di assegnare automaticamente ciascun prodotto alla classe corrispondente all’intervallo in cui ricade il valore del parametro (IM) calcolato per l'immagine del prodotto.
6. 6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto parametro (IM) di misura della distanza tra detta immagine s(x,y) acquisita di un prodotto e detta immagine di riferimento r(x,y) risulta proporzionale all’altezza del picco dell’antitrasformata della correlazione dei trasformati S(u,v), R(u,v) in Fourier delle due immagini - o di loro mappa in spazi polari logaritmici - normalizzati alle ampiezze, a detta correlazione essendo applicato un filtro costituito da una gaussiana.
7. 7. Apparato per ii controllo di qualità in una linea di produzione comprendente almeno una video camera (1), un sistema di illuminazione (2) del prodotto, un frame grabber (3), un’unità (4) di elaborazione e comando, caratterizzato dal fatto di operare secondo il procedimento di cui alle rivendicazioni da 1 a 6.
8. 8. Apparato secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi per la scelta differenziata dei prodotti sulla base del valore calcolato dì detto parametro (IM).
9. 9. Procedimento secondo le rivendicazioni da 1 a 6 ed apparato secondo le rivendicazioni 7 e 8 e secondo quanto descritto ed illustrato con riferimento alle figure degli uniti disegni e per gli accennati scopi.