Компьютерное зрение для контроля качества на производстве

Что это и когда подходит

Система машинного зрения фотографирует каждое изделие на линии и решает: годное, брак или неясно. Она подходит, когда:

• дефект виден камере (царапины, трещины, отсутствующие детали, неверные этикетки, отклонения цвета или формы, загрязнения);
• сейчас контроль ручной, утомительный и разный от смены к смене;
• скорость линии не позволяет вручную проверять все 100% изделий;
• дефект, попавший к клиенту, обходится дорого.

Плохо подходит, если дефект внутренний, определяется на ощупь или по запаху либо настолько разнообразен, что даже эксперты спорят.

Сначала физическая часть

Большинство неудачных проектов проваливаются на оптике, а не на ИИ.

• Камера. Матричные камеры — для штучных изделий, линейные (line-scan) — для непрерывного материала: плёнки, ткани, листового металла. Разрешение должно быть таким, чтобы самый мелкий дефект занимал несколько пикселей.
• Объектив. Подбирается по полю зрения и рабочему расстоянию; телецентрические объективы помогают при измерении размеров.
• Освещение. Самый важный фактор. Подсветка сзади — для силуэтов и отверстий, рассеянный купольный свет — для блестящих поверхностей, свет под низким углом — чтобы проявить царапины и вмятины, определённые длины волн — для отдельных материалов.
• Кожух. Защищает станцию от солнца и цехового света, который меняется в течение дня.
• Триггер. Датчик или энкодер запускает камеру ровно в момент, когда деталь на позиции, — тогда все снимки одинаковы.

Полезная проверка: если человек на снятых кадрах не может уверенно увидеть дефект, модель тоже не сможет.

Выбор подхода к модели

Сочетать подходы — нормально: правила проверяют размеры, нейросеть — дефекты поверхности.

Сбор обучающих данных

• Снимайте на реальной линии финальной камерой и со штатным светом. Фото с телефона или из лаборатории не перенесутся.
• Сначала соберите годные детали — их много. Дефекты редки, поэтому начните библиотеку брака заранее и попросите ОТК откладывать бракованные образцы.
• Покройте вариативность: все исполнения продукта, цвета, партии, поставщиков, смены и нормальный дрейф процесса.
• Размечайте единообразно. Составьте каталог дефектов с примерами и допусками. Пусть два человека независимо разметят выборку — так видно, где они расходятся.
• Держите отдельный тестовый набор, который модель не видит при обучении.

Цели по точности

«Точность 99%» мало что значит, когда дефекты редки. Договоритесь с отделом качества о двух показателях:

• Пропуск брака (ложноотрицательные) — дефектные детали, пропущенные как годные. Обычно критичный показатель.
• Ложная отбраковка (ложноположительные) — отбракованные годные детали. Влияет на потери и затраты на перепроверку.

Одно размениваете на другое, сдвигая порог решения. Определите и зону неуверенности: детали, в которых модель сомневается, идут к человеку, а не принудительно в «да» или «нет». Сравнивайте цели с реальными показателями текущего ручного контроля на тех же деталях.

Интеграция с линией

• Время цикла — инференс должен завершиться до прихода следующей детали; от этого зависит выбор между edge-устройством у линии и сервером.
• Действие — отсекатель, воздушный сброс, остановка линии, маркировка или сигнал оператору.
• Связь с ПЛК через дискретные входы-выходы, OPC UA или промышленные протоколы.
• Прослеживаемость — храните снимки и решения с партией и временем, связывайте с MES или системой качества.
• Интерфейс оператора — показывайте причину отбраковки и давайте подтвердить или отменить решение; эти подтверждения становятся новыми данными для обучения.

Ошибки пилота

• Обучить модель на идеальном наборе, снятом за один день, и столкнуться с новыми партиями и светом.
• Нет согласованного определения дефекта между ОТК, производством и клиентом.
• Недооценить механику: позиционирование детали, конвейеры, механизмы отбраковки.
• Нет процесса дообучения при смене продукта или материала.
• Оценивать успех только по «точности», без пропуска брака и ложной отбраковки.