Görüntü İşleme ile Boyutsal Ölçüm

Görüntü işleme ile boyutsal ölçüm, parçanın çapını, uzunluğunu, delik konumlarını ya da açılarını kamera görüntüsünden, parçaya dokunmadan ölçmektir. Kamera görüntüdeki kenarları bulur, kalibrasyonla pikselleri milimetreye çevirir ve sonucu toleransla karşılaştırır. Kumpas ya da koordinat ölçüm makinesiyle numune üzerinde yapılan ölçüm, böylece hat hızında ve her parçada yapılabilir.

Bir talaşlı imalat atölyesini düşünelim. Bir milin çapı her saat başı beş parçada kumpasla ölçülüyor ve kayda geçiyor. Takım aşınmaya başladığında çap yavaş yavaş büyüyor, ama bu ancak bir sonraki ölçümde, arada üretilen yüzlerce parçadan sonra fark ediliyor. Hatta kurulan bir ölçüm kamerası her parçanın çapını ölçer ve değer tolerans sınırına yaklaştığı anda uyarı verir.

Kamerayla ölçüm nasıl yapılır?

Kamerayla ölçüm dört adımda ilerler. Kamera görüntüyü alır, yazılım kenarları bulur, kalibrasyon pikselleri milimetreye çevirir ve sistem ölçülen değeri toleransla karşılaştırır.

1. Görüntü alma. Kamera parçayı, kenarlarını en net gösterecek ışıkla görüntüler. Dış ölçülerde çoğu zaman arka aydınlatma tercih edersiniz, parça siyah bir siluet olarak görünür.
2. Kenar bulma. Yazılım parlaklığın değiştiği yerleri kenar olarak bulur. Kenar konumu, komşu piksellerin parlaklığından hesaplanarak piksel altı hassasiyetle belirlenebilir.
3. Kalibrasyon. Sistem, ölçüleri bilinen bir kalibrasyon plakasını görüntüler ve bir pikselin kaç milimetreye karşılık geldiğini lens bozulmasıyla birlikte hesaplar.
4. Karar. Yazılım ölçülen değeri tolerans sınırlarıyla karşılaştırır ve sonucu PLC'ye gönderir.

Örneğin bir pres parçasındaki dört deliğin merkezleri arasındaki mesafeleri tek bir görüntüden ölçersiniz. Aynı görüntü deliklerin varlığını ve çaplarını da gösterir.

Ne kadar hassas ölçülebilir?

Ölçüm hassasiyeti, bir pikselin karşılık geldiği gerçek boyuta, lensin kalitesine, aydınlatmaya ve parçanın kenar kalitesine bağlıdır. Ölçüm sisteminin çözünürlüğü, ölçülecek toleransın en az onda biri kadar ince olmalıdır. Bu, ölçüm sistemlerinde yaygın kullanılan onda bir kuralıdır.

Örneğin toleransı ±0,05 mm, yani toplam 0,1 mm olan bir ölçü için ölçüm çözünürlüğü 0,01 mm olmalıdır. 40 mm'lik bir görüş alanını 4.000 piksel genişliğinde bir sensörle görüntülerseniz bir piksel 0,01 mm'ye karşılık gelir. Piksel altı kenar bulma bu değeri daha da iyileştirebilir, ama ölçüm sisteminin gerçek performansı ancak bir ölçüm sistemi analiziyle doğrulanır.

Ölçüm sistemi nasıl doğrulanır?

Kamerayla ölçüm sistemi, aynı parçayı tekrar tekrar ölçtüğünde ne kadar tutarlı sonuç verdiğine bakılarak doğrulanır. Otomotiv sektöründe yaygın kullanılan ölçüm sistemi analizi (MSA) yöntemlerinden Gage R&R, ölçüm değişkenliğinin toleransın ne kadarını kapladığını gösterir.

Örneğin aynı on parçayı farklı zamanlarda ve farklı konumlarda kameranın önünden defalarca geçirir, sonuçların dağılımını toleransla karşılaştırırsınız. Ölçüm değişkenliği toleransın küçük bir kısmını kaplıyorsa sistem kabul edilebilir. Kamera ölçümünün sonuçlarının koordinat ölçüm makinesi gibi referans bir cihazla karşılaştırılması da doğrulamanın parçasıdır.

Ölçümü bozan etkenler nelerdir?

Kamerayla ölçümü en çok parçanın konumu, lens bozulması, aydınlatma ve sıcaklık etkiler. Bu etkenleri tasarım aşamasında kontrol altına almanız gerekir.

Normal bir lenste parça kameraya biraz yaklaştığında daha büyük görünür ve ölçüm değişir. Hassas ölçümde bu yüzden telesentrik lens kullanılır, parçanın yüksekliğindeki küçük farklar ölçülen boyutu değiştirmez.

Sıcaklık da önemlidir. ISO 1, boyutsal ölçümler için referans sıcaklığı 20 °C olarak tanımlar. Örneğin 100 mm uzunluğundaki bir alüminyum parça referanstan 10 °C sıcakken yaklaşık 0,023 mm uzar. Bu fark, sıkı toleranslı bir ölçümde kabul sınırını değiştirebilir.

Kamera mı, koordinat ölçüm makinesi mi?

Koordinat ölçüm makinesi (CMM) çok yüksek doğrulukla ve karmaşık geometrileri ölçer, ama yavaştır ve genellikle numune üzerinde çalışır. Kamera ise daha sınırlı ölçüleri hat hızında ve her parçada ölçer.

İkisi birbirinin yerine geçmez, birbirini tamamlar. Örneğin kritik birkaç ölçüyü her parçada kamerayla izler, parçanın tüm geometrisini ise günde birkaç kez CMM ile doğrularsınız. Kalite kontrol yöntemleri arasında doğru dengeyi kurmak, hangi ölçünün hangi sıklıkla kontrol edileceğine karar vermekle başlar.

Boyutsal ölçümde yapay zekânın rolü nedir?

Boyutsal ölçümün kendisi geometrik bir hesaptır ve kural tabanlı görüntü işlemeyle yapılır. Yapay zekâ ise ölçülecek özelliğin görüntüde bulunmasının zor olduğu durumlarda yardımcı olur.

Örneğin parlak, kirli ya da dokulu bir yüzeyde kenarın nerede olduğunu kural tabanlı bir algoritma şaşırabilir. Derin öğrenme modeli önce ölçülecek bölgeyi ayırır, ardından yazılım ölçümü bu bölge üzerinde geometrik olarak yapar. Ölçünün kendisi ise yine kalibrasyona ve geometriye dayanır. Kuralla tarif edilebilen ölçümlerde endüstriyel görüntü işleme yeterlidir. Görünümü değişken parçalarda yapay zekâ destekli görüntü işleme bu kurala yardımcı olur.

İlk adım: ölçmek istediğiniz ölçüleri ve toleranslarını listeleyin

Kamerayla ölçüme geçmeden önce teknik resimdeki hangi ölçüleri hatta izlemek istediğinizi seçin. Her ölçünün toleransını, parçanın boyutunu ve hattın hızını yazın.

Toleransın onda biri gereken çözünürlüğü, parçanın boyutu görüş alanını, hat hızı da pozlama süresini verir. Bu üç değer size uygun kamerayı, lensi ve aydınlatmayı gösterir. Ölçü listenizle ve birkaç numuneyle bize yazarsanız ölçüm testini birlikte yapabiliriz.

Sık sorulan sorular

Kamera ile mikron seviyesinde ölçüm yapılabilir mi?

Küçük görüş alanlarında, telesentrik lens ve kontrollü aydınlatmayla mikron seviyesine yaklaşan ölçümler yapılabilir. Gerçek hassasiyet ölçüm sistemi analiziyle doğrulanmalıdır.

Hareket halindeki parça ölçülebilir mi?

Ölçülebilir. Kısa pozlama süresi ve darbeli aydınlatma hareket kaynaklı bulanıklığı önler. Çok hassas ölçümlerde parça ölçüm anında durdurulabilir.

Üç boyutlu ölçüm kamerayla yapılabilir mi?

Yapılabilir. Lazer profil sensörleri ve 3B kameralar yükseklik, düzlemsellik ve hacim gibi üç boyutlu ölçüleri temassız ölçer.

Ölçüm sonuçları kaydedilir mi?

Kaydedilir. Sistem her parçanın ölçüm değerini seri numarası ya da zaman damgasıyla saklar. Bu kayıtlar istatistiksel proses kontrolün de verisidir.