-تهیه و ترجمه: محمد حسین خدابخش - کارشناس ارشد سرامیک
مقدمه:
صنعت کاشی و سرامیک، صنعت نوپایی است که امروزه نوآوری های زیادی در زمینه های مختلف تولید آن و اتوماسیون در آن صورت گرفته است. تقریباً می توان گفت که در تمامی مراحل تولید آن نوآوری های تکنیکی زیادی انجام شده است، مگر در قسمت نهایی تولید آن که هنوز به صورت دستی است و بازدید چشمی سطح برای جداکردن کاشی ها، درجه بندی آنها و مرجوع کردن طرح های معیوب ضروری است. این مقاله به بررسی مشکلاتی که عیوب به وجود می آورند و اشکالات طرح در بازرسی اتوماتیک پرداخته و روش هایی را که برای مشخص ساختن عیوب در کاشی های ساده و طرح دار بررسی می نماید.
در این تحقیق به بررسی مشکلات بازرسی چشمی، آنالیز و مشخصاتی می پردازد که توجیه اقتصادی داشته و به راحتی قابل استفاده باشد:
- اتوماسیون روش کهنه رایج و روش بازرسی دستی مبتنی بر ادراکات ذهنی
- کاهش نیاز به حضور انسان در محیط های آلوده و ناسالم
- بازرسی بهتر و در عین حال باهزینه کمتر
- همگنی و یکسانی بیشتر در درجه بندی های مختلف محصولات
- افزایش عملکرد محصولات و رفع تنگناهای شرایط تولید
افزایش های اخیر ایجاد شده در تولید کاشی و سرامیک این حقیقت را مشخص می سازد کهچاره ای جز انجام اتوماسیون در کنترل نهایی محصولات وجود ندارد. Finney[1] تحقیقاتی را بر روی بازرسی ظروف سرامیکی رومیزی انجام داده است. ایشان به بررسی یک نوع از عیوب تنها به وسیله آنالیز شدت تصاویر هیستوگرام (Histogram) پرداخت. هیستوگرام نموداري ميله اي است كه بر اساس فراواني داده ها در دسته هايي رسم مي شود و به كمك آن مي توان داده ها را تشريح كرد و نمايش طرز انتشار، فواصل و ارتفاع سلول ها از هم را بررسی نمود. در این مقاله عیوب مختلف، روش ها و تکنیک های بررسی آنها بررسی می گردد. محدوده روش ها شامل Pin-hole های کوچک و ترک برای کاشی های صاف، برپایه قرار دادن *****های خطی جداگانه و برای کاشی های طرح دار، براساس توزیع Wigner و حضور تناوبی فاصله طرح ها و طبق الگوریتم عیوب رنگی طرح چه به صورت شدت رنگ غیرمعمول و خصوصیات ساختاری کاشی های طرح دار است.
- عیوب کاشی ها
هنگامی که از بازرسی کاشی صحبت می کنیم منظور زمانی است که برای مقایسه دو کاشی برحسب ثانیه صرف می شود و هدف این بازرسی درجه بندی کاشی ها براساس دو پارامتر است که اولی تعیین نام عیب موجود در کاشی و دومی درجه بندی رنگی کاشی است.
عنوان کاشی درجه یک به کاشی هایی اطلاق می گردد که یا کاملاً بدون عیب بوده و یا تعداد کمی عیب و در حد قابل قبول دارند.
عنوان کاشی درجه دو به کاشی هایی اطلاق می شود که تعدا کمی عیب دارند اما هنوز تعداد عیب ها قابل قبول است.
ضایعات هنگامی به وجود می آید که تعداد عیوب بیش از حد گردد.
تعدادی از عیوب رایج که موجب آسیب رسیدن به زیبایی کاشی می شوند و بر روی انواع کاشی های ساده و طرح دار مشاهده می شوند را می توان ترک، برآمدگی، تورفتگی، ته سوزنی(پینهول)، آلودگی، عیب چکه ای، حالت موجی و عیوب طرح و رنگ عنوان نمود. در جدول یک به صورت تفصیلی در این مورد توضیح داده شده است.
بعد از مشخص شدن عیب، فرآیند بازرسی براساس درجه بندی سایه رنگی (Colour shade) ادامه یافته تا میزان شدت رنگ در نمونه های محصول نهایی یکسان باشد. در صورتی که به توضیحات بیشتری در مورد درجه بندی رنگی اتوماتیک سرامیک ها نیاز دارید می توانید به مقاله شماره دو مراجع که توسط Boukouvalas تهیه شده است مراجعه نمایید.
3- الگوریتم تشخیص عیوب
در این بخش به بررسی چند روش کار برای بررسی انواع ویژگی ها در تصاویر کاشی می پردازیم. سپس در بخش پنجم این مشخصات را به عیوب کاشی مرتبط ساخته و به جزییات بیشتر ازقبیل ارتباط نتایج آزمایشی هر کدام از روش های کار با عیوب می پردازیم.
3-1 تشخیص خطی با استفاده از *****های خطی بهینه
انواع خطوط مشخص کننده عیب از قبیل ترک های بزرگ، در مقایسه با *****های ramp-Edge و یا step- Edge ساختار خطی پهنی دارند. این روش که از آن در اینجا استفاده می شود، توسط Petrou[3] ایجاد شده است. این روش شامل پیچش یک بعدی به ترتیب در جهات افقی و عمودی است. مواضع امکان وجود خطوط و فرض وجود آن ارزیابی می شود و شکل سیگنال های خروجی اطراف مواضع با شکلی که انتظار داریم مقایسه می شود تا ببینیم خط مورد نظر فرض ما را تایید و یا رد می نماید. *****های پیچشی می توانند برای تشخیص خصوصیات حتی به اندازه پهنای تاچند پیکسل بهینه و استفاده شوند.
3-2 تشخیص نقطه ای با استفاده از *****های نقطه ای بهینه
در کاشی های ساده با رنگ روشن، عیوب نقطه ای کوچک با زمینه ایجاد کنتراست زیادی می کند. باتوجه به منابع متفاوت ایجاد تفاوت، (به عنوان مثال تفاوت روشنی)، یک بازرسی ساده کافی نمی باشد و بنابراین روش ***** خطی اشاره شده در بخش 3-1 گسترش یافت و بررسی عیوب نقطه ای کسترش یافت. تنها تفاوت این است که تصویر کاشی توسط تنها یک ***** تهیه می شود که برای استفاده نقطه ای تهیه شده است.
3-3 توزیع ویگنر
اگر بخواهیم طرح های معمولی ای را که در کاشی ها مورد مصرف قرار می گیرند، مورد بررسی قرار دهیم، باید از فرکانس فاصله ای استفاده کنیم. آنالیز فرکانس فاصله ای بدین صورت است که ما در آن تصاویر را به اجزاء منحصر به فرد تبدیل نموده و سپس به بررسی هر جزء می پردازیم. بنابراین عیوب ]با مقایسه[ به راحتی قابل تشخیص و جداسازی است. اگرچه در شکل هایی که طرح رندم و اتفاقی دارند نمی توان انتظار داشت ] که در مقام مقایسه بین دو طرح[ در یک نقطه به یک طرح واحد دست یافت و بنابراین به راحتی نمی توان مشخصات آن را ارزیابی نمود. بنابراین جداسازی عیوبی همانند ترک بسیار سخت است.
بنابراین ما از فرکانس فاصله ای متصل در توزیع ویگنر استفاده می کنیم. [4] این سیستم به ما کمک می کند تا بتوانیم در مناطق متصل، جداسازی طرح را ]در قسمت های مختلف[ بهبود ببخشیم. مطابق این روش، در هر موقعیت براساس پیکسل (x,y)، سری فوریه ترکیبات غیرخطی مقادیر پیکسل در یک طرح به ابعاد N*N را محاسبه نماییم:
W(x,y,p,q)=)
در این روش p و q براست با 0 ، 1 تاN و و پارامترهای تغییرمکان فاصله و تصویر کاشی است. در حقیقت توزیع ویگنر که در بالا شرح داده شد برای بررسی متناسب و براساس موقعیت پیکسل های تصویر کاشی برمبنای سری فوریه است. تمام اجزای مکانی طیفی ویگنر، براساس تشابه آن ها و براساس W(x,y, 0,0) نرمالیزه می شوند و تنها مشخصه های خاص از طیف های رنگی قابل دستیابی است. نتایج تجربی نشان می دهد که تصاویر ترک تنها تحت تاثیر شکل های عمومی طیف قرار دارند تا مقادیر واقعی.
در مرحله بررسی آفلاین، شبیه سازی طیف ویگنر در هر موقعیت پیکسلی تصاویر محاسبه شد. ماتریکس کواریانس می تواند منحصر به فرد باشد. می بایست برای هر پیکسل، تصویر خاضی ارائه شود تا بتوان توزیع آماری هر تصویر در کل شکلی که در آن عیب وجود ندارد، محاسبه گردد. در مرحله آزمایشی، فاصله Mahalanobis در بردار تصویری هر پیکسل، از این توزیع اندازه گیری می شود. مقادیر این فاصله برای ایجاد تصویر نقشه باقیمانده مورد استفاده قرار می گیرد. این تصاویر به وسیله *****های خطی بهینه که در قسمت 3-1 شرح داده شد، برای شناسایی ترک ها مورد استفاه قرار می گیرند.
در این روش p و q براست با 0 ، 1 تاN و و پارامترهای تغییرمکان فاصله و تصویر کاشی است. در حقیقت توزیع ویگنر که در بالا شرح داده شد برای بررسی متناسب و براساس موقعیت پیکسل های تصویر کاشی برمبنای سری فوریه است. تمام اجزای مکانی طیفی ویگنر، براساس تشابه آن ها و براساس W(x,y, 0,0) نرمالیزه می شوند و تنها مشخصه های خاص از طیف های رنگی قابل دستیابی است. نتایج تجربی نشان می دهد که تصاویر ترک تنها تحت تاثیر شکل های عمومی طیف قرار دارند تا مقادیر واقعی.
در مرحله بررسی آفلاین، شبیه سازی طیف ویگنر در هر موقعیت پیکسلی تصاویر محاسبه شد. ماتریکس کواریانس می تواند منحصر به فرد باشد. می بایست برای هر پیکسل، تصویر خاضی ارائه شود تا بتوان توزیع آماری هر تصویر در کل شکلی که در آن عیب وجود ندارد، محاسبه گردد. در مرحله آزمایشی، فاصله Mahalanobis در بردار تصویری هر پیکسل، از این توزیع اندازه گیری می شود. مقادیر این فاصله برای ایجاد تصویر نقشه باقیمانده مورد استفاده قرار می گیرد. این تصاویر به وسیله *****های خطی بهینه که در قسمت 3-1 شرح داده شد، برای شناسایی ترک ها مورد استفاه قرار می گیرند.
3-4 تعیین عیب ساختاری Chromato
این روش برای بازرسی رنگ، طرح و عیوب شکل گرفته در کاشی های با طرح های رندم و اتفاقی مانند کاشی های گرانیتی ایجاد شد. این روش برپایه اطلاعات رنگ و طرح بوده و مشکلات مراحل درجه بندی و آزمایش را برطرف می سازد. در مراحل آزمایشی هنگامی که از کاشی های بی عیب استفاده نمایید، دسته بندی های متنوعی از رنگ های موجود در کاشی می تواند وجود داشته باشد که با کمک ISODATA که تحت سیستم RGB طبقه بندی می شود. سعی برآن است که تعداد این دسته ها، زیاد انتخاب شود تا بتوان سیستم های رنگی را تشخیص داد و خطاهای رنگی به حداقل ممکن برسد. سپس این دسته ها در سیستم رنگی یکنواخت CIE_Luv قرار داده می شود تا از لحاظ ادراکی قابل درک باشد. برای بررسی اتصال دسته های کوچک رنگی و تشکیل دسته های بزرگ تر از هندسه اقلیدسی بهره گرفته می شود. این موضوع با این حقیقت که فاصله اقلیدسی، در فضای رنگی یکسان CIE_Luv بازتاب قابل ادراک و تفکیک دقیق تری دارد، هم خوان دارد. بنابراین تصاویر در گروه های رنگی ای طبقه بندی می شوند که از نظر ادراک یکسان باشند.
مقدمه:
صنعت کاشی و سرامیک، صنعت نوپایی است که امروزه نوآوری های زیادی در زمینه های مختلف تولید آن و اتوماسیون در آن صورت گرفته است. تقریباً می توان گفت که در تمامی مراحل تولید آن نوآوری های تکنیکی زیادی انجام شده است، مگر در قسمت نهایی تولید آن که هنوز به صورت دستی است و بازدید چشمی سطح برای جداکردن کاشی ها، درجه بندی آنها و مرجوع کردن طرح های معیوب ضروری است. این مقاله به بررسی مشکلاتی که عیوب به وجود می آورند و اشکالات طرح در بازرسی اتوماتیک پرداخته و روش هایی را که برای مشخص ساختن عیوب در کاشی های ساده و طرح دار بررسی می نماید.
در این تحقیق به بررسی مشکلات بازرسی چشمی، آنالیز و مشخصاتی می پردازد که توجیه اقتصادی داشته و به راحتی قابل استفاده باشد:
- اتوماسیون روش کهنه رایج و روش بازرسی دستی مبتنی بر ادراکات ذهنی
- کاهش نیاز به حضور انسان در محیط های آلوده و ناسالم
- بازرسی بهتر و در عین حال باهزینه کمتر
- همگنی و یکسانی بیشتر در درجه بندی های مختلف محصولات
- افزایش عملکرد محصولات و رفع تنگناهای شرایط تولید
افزایش های اخیر ایجاد شده در تولید کاشی و سرامیک این حقیقت را مشخص می سازد کهچاره ای جز انجام اتوماسیون در کنترل نهایی محصولات وجود ندارد. Finney[1] تحقیقاتی را بر روی بازرسی ظروف سرامیکی رومیزی انجام داده است. ایشان به بررسی یک نوع از عیوب تنها به وسیله آنالیز شدت تصاویر هیستوگرام (Histogram) پرداخت. هیستوگرام نموداري ميله اي است كه بر اساس فراواني داده ها در دسته هايي رسم مي شود و به كمك آن مي توان داده ها را تشريح كرد و نمايش طرز انتشار، فواصل و ارتفاع سلول ها از هم را بررسی نمود. در این مقاله عیوب مختلف، روش ها و تکنیک های بررسی آنها بررسی می گردد. محدوده روش ها شامل Pin-hole های کوچک و ترک برای کاشی های صاف، برپایه قرار دادن *****های خطی جداگانه و برای کاشی های طرح دار، براساس توزیع Wigner و حضور تناوبی فاصله طرح ها و طبق الگوریتم عیوب رنگی طرح چه به صورت شدت رنگ غیرمعمول و خصوصیات ساختاری کاشی های طرح دار است.
- عیوب کاشی ها
هنگامی که از بازرسی کاشی صحبت می کنیم منظور زمانی است که برای مقایسه دو کاشی برحسب ثانیه صرف می شود و هدف این بازرسی درجه بندی کاشی ها براساس دو پارامتر است که اولی تعیین نام عیب موجود در کاشی و دومی درجه بندی رنگی کاشی است.
عنوان کاشی درجه یک به کاشی هایی اطلاق می گردد که یا کاملاً بدون عیب بوده و یا تعداد کمی عیب و در حد قابل قبول دارند.
عنوان کاشی درجه دو به کاشی هایی اطلاق می شود که تعدا کمی عیب دارند اما هنوز تعداد عیب ها قابل قبول است.
ضایعات هنگامی به وجود می آید که تعداد عیوب بیش از حد گردد.
تعدادی از عیوب رایج که موجب آسیب رسیدن به زیبایی کاشی می شوند و بر روی انواع کاشی های ساده و طرح دار مشاهده می شوند را می توان ترک، برآمدگی، تورفتگی، ته سوزنی(پینهول)، آلودگی، عیب چکه ای، حالت موجی و عیوب طرح و رنگ عنوان نمود. در جدول یک به صورت تفصیلی در این مورد توضیح داده شده است.
بعد از مشخص شدن عیب، فرآیند بازرسی براساس درجه بندی سایه رنگی (Colour shade) ادامه یافته تا میزان شدت رنگ در نمونه های محصول نهایی یکسان باشد. در صورتی که به توضیحات بیشتری در مورد درجه بندی رنگی اتوماتیک سرامیک ها نیاز دارید می توانید به مقاله شماره دو مراجع که توسط Boukouvalas تهیه شده است مراجعه نمایید.
3- الگوریتم تشخیص عیوب
در این بخش به بررسی چند روش کار برای بررسی انواع ویژگی ها در تصاویر کاشی می پردازیم. سپس در بخش پنجم این مشخصات را به عیوب کاشی مرتبط ساخته و به جزییات بیشتر ازقبیل ارتباط نتایج آزمایشی هر کدام از روش های کار با عیوب می پردازیم.
3-1 تشخیص خطی با استفاده از *****های خطی بهینه
انواع خطوط مشخص کننده عیب از قبیل ترک های بزرگ، در مقایسه با *****های ramp-Edge و یا step- Edge ساختار خطی پهنی دارند. این روش که از آن در اینجا استفاده می شود، توسط Petrou[3] ایجاد شده است. این روش شامل پیچش یک بعدی به ترتیب در جهات افقی و عمودی است. مواضع امکان وجود خطوط و فرض وجود آن ارزیابی می شود و شکل سیگنال های خروجی اطراف مواضع با شکلی که انتظار داریم مقایسه می شود تا ببینیم خط مورد نظر فرض ما را تایید و یا رد می نماید. *****های پیچشی می توانند برای تشخیص خصوصیات حتی به اندازه پهنای تاچند پیکسل بهینه و استفاده شوند.
3-2 تشخیص نقطه ای با استفاده از *****های نقطه ای بهینه
در کاشی های ساده با رنگ روشن، عیوب نقطه ای کوچک با زمینه ایجاد کنتراست زیادی می کند. باتوجه به منابع متفاوت ایجاد تفاوت، (به عنوان مثال تفاوت روشنی)، یک بازرسی ساده کافی نمی باشد و بنابراین روش ***** خطی اشاره شده در بخش 3-1 گسترش یافت و بررسی عیوب نقطه ای کسترش یافت. تنها تفاوت این است که تصویر کاشی توسط تنها یک ***** تهیه می شود که برای استفاده نقطه ای تهیه شده است.
3-3 توزیع ویگنر
اگر بخواهیم طرح های معمولی ای را که در کاشی ها مورد مصرف قرار می گیرند، مورد بررسی قرار دهیم، باید از فرکانس فاصله ای استفاده کنیم. آنالیز فرکانس فاصله ای بدین صورت است که ما در آن تصاویر را به اجزاء منحصر به فرد تبدیل نموده و سپس به بررسی هر جزء می پردازیم. بنابراین عیوب ]با مقایسه[ به راحتی قابل تشخیص و جداسازی است. اگرچه در شکل هایی که طرح رندم و اتفاقی دارند نمی توان انتظار داشت ] که در مقام مقایسه بین دو طرح[ در یک نقطه به یک طرح واحد دست یافت و بنابراین به راحتی نمی توان مشخصات آن را ارزیابی نمود. بنابراین جداسازی عیوبی همانند ترک بسیار سخت است.
بنابراین ما از فرکانس فاصله ای متصل در توزیع ویگنر استفاده می کنیم. [4] این سیستم به ما کمک می کند تا بتوانیم در مناطق متصل، جداسازی طرح را ]در قسمت های مختلف[ بهبود ببخشیم. مطابق این روش، در هر موقعیت براساس پیکسل (x,y)، سری فوریه ترکیبات غیرخطی مقادیر پیکسل در یک طرح به ابعاد N*N را محاسبه نماییم:
W(x,y,p,q)=)
در این روش p و q براست با 0 ، 1 تاN و و پارامترهای تغییرمکان فاصله و تصویر کاشی است. در حقیقت توزیع ویگنر که در بالا شرح داده شد برای بررسی متناسب و براساس موقعیت پیکسل های تصویر کاشی برمبنای سری فوریه است. تمام اجزای مکانی طیفی ویگنر، براساس تشابه آن ها و براساس W(x,y, 0,0) نرمالیزه می شوند و تنها مشخصه های خاص از طیف های رنگی قابل دستیابی است. نتایج تجربی نشان می دهد که تصاویر ترک تنها تحت تاثیر شکل های عمومی طیف قرار دارند تا مقادیر واقعی.
در مرحله بررسی آفلاین، شبیه سازی طیف ویگنر در هر موقعیت پیکسلی تصاویر محاسبه شد. ماتریکس کواریانس می تواند منحصر به فرد باشد. می بایست برای هر پیکسل، تصویر خاضی ارائه شود تا بتوان توزیع آماری هر تصویر در کل شکلی که در آن عیب وجود ندارد، محاسبه گردد. در مرحله آزمایشی، فاصله Mahalanobis در بردار تصویری هر پیکسل، از این توزیع اندازه گیری می شود. مقادیر این فاصله برای ایجاد تصویر نقشه باقیمانده مورد استفاده قرار می گیرد. این تصاویر به وسیله *****های خطی بهینه که در قسمت 3-1 شرح داده شد، برای شناسایی ترک ها مورد استفاه قرار می گیرند.
در این روش p و q براست با 0 ، 1 تاN و و پارامترهای تغییرمکان فاصله و تصویر کاشی است. در حقیقت توزیع ویگنر که در بالا شرح داده شد برای بررسی متناسب و براساس موقعیت پیکسل های تصویر کاشی برمبنای سری فوریه است. تمام اجزای مکانی طیفی ویگنر، براساس تشابه آن ها و براساس W(x,y, 0,0) نرمالیزه می شوند و تنها مشخصه های خاص از طیف های رنگی قابل دستیابی است. نتایج تجربی نشان می دهد که تصاویر ترک تنها تحت تاثیر شکل های عمومی طیف قرار دارند تا مقادیر واقعی.
در مرحله بررسی آفلاین، شبیه سازی طیف ویگنر در هر موقعیت پیکسلی تصاویر محاسبه شد. ماتریکس کواریانس می تواند منحصر به فرد باشد. می بایست برای هر پیکسل، تصویر خاضی ارائه شود تا بتوان توزیع آماری هر تصویر در کل شکلی که در آن عیب وجود ندارد، محاسبه گردد. در مرحله آزمایشی، فاصله Mahalanobis در بردار تصویری هر پیکسل، از این توزیع اندازه گیری می شود. مقادیر این فاصله برای ایجاد تصویر نقشه باقیمانده مورد استفاده قرار می گیرد. این تصاویر به وسیله *****های خطی بهینه که در قسمت 3-1 شرح داده شد، برای شناسایی ترک ها مورد استفاه قرار می گیرند.
3-4 تعیین عیب ساختاری Chromato
این روش برای بازرسی رنگ، طرح و عیوب شکل گرفته در کاشی های با طرح های رندم و اتفاقی مانند کاشی های گرانیتی ایجاد شد. این روش برپایه اطلاعات رنگ و طرح بوده و مشکلات مراحل درجه بندی و آزمایش را برطرف می سازد. در مراحل آزمایشی هنگامی که از کاشی های بی عیب استفاده نمایید، دسته بندی های متنوعی از رنگ های موجود در کاشی می تواند وجود داشته باشد که با کمک ISODATA که تحت سیستم RGB طبقه بندی می شود. سعی برآن است که تعداد این دسته ها، زیاد انتخاب شود تا بتوان سیستم های رنگی را تشخیص داد و خطاهای رنگی به حداقل ممکن برسد. سپس این دسته ها در سیستم رنگی یکنواخت CIE_Luv قرار داده می شود تا از لحاظ ادراکی قابل درک باشد. برای بررسی اتصال دسته های کوچک رنگی و تشکیل دسته های بزرگ تر از هندسه اقلیدسی بهره گرفته می شود. این موضوع با این حقیقت که فاصله اقلیدسی، در فضای رنگی یکسان CIE_Luv بازتاب قابل ادراک و تفکیک دقیق تری دارد، هم خوان دارد. بنابراین تصاویر در گروه های رنگی ای طبقه بندی می شوند که از نظر ادراک یکسان باشند.
