インライン​画像​検査​と​リアルタイム​品質​管理​システム​の​開発

村上 建二 氏, サン​コール​株式会社

"DSC​モジュール​を​使う​こと​により、​LabVIEW​で高機能な品質管理や品質の傾向管理を行うことが可能になった。​本​システム​の​開発​により​生産、​品質​に​携わる​関係​者​から​高い​評価​を​受け​た。​今後​も​NI​製品​を​活用​し、​物​造り​に​関わる​総合​的​な​システム​開発​を​進​め​て​行く。"

- 村上 建二 氏, サン​コール​株式会社

課題:

溶接​に​関わる​品質​不具合​の​流出​を​ゼ​ロ​に​する​べ​く、​下記​の​要件​を​満​た​した​インライン​画像​検査​システム​を​開発​する。 ​• ​1​秒​以下​/​1​個​の​高速​画像​検査 ​• ​画像​処理​による​微小​溶接​の​安定​検出 ​• ​品質​管理​用​SPC​プログラム​の​開発 ​• ​内​製​化​による​開発​コスト​の​削減 ​

ソリューション:

LabVIEW​を​メイン​プログラム​として​システム​開発​を​行い、​OPC​サーバ​と​の​通信​処理​や​画像​処理​検査​Vision Builder AI​と​の​データ​通信、​DSC​モジュール​を​活用​した​SPC​解析​を​行う​システム​を​構築​する。 ​

1. はじめに

 HDD​の​小型化・​大​容量​化​に​伴​い​サスペンション​自体​も​小​さく​なり、​その​結果、​溶接​径​の​微小​化​(φ0.1​~​φ0.2)​が​要求​さ​れ​て​いる。​現在​この​微小​溶接​の​寸法​検査、​外観​検査、​品質​管理​は​オフライン​の​画像​検査​システム​で​行​って​い​ます。​溶接​に​関わる​品質​不具合​の​流出​を​ゼ​ロ​に​する​為​に​は、​インライン​画像​検査​システム​の​開発/​導入​が​必須​で​ある。​また、​画像​検査​の​結果​は、​統計​的​工程​管理​(Statistical Process Control:​以下、​SPC)​を​用​い​て​リアルタイム​品質​管理​を​行う​こと​で、​製造​工程​の​工程​能力​を​確認/​保証​できる​システム​と​なる。​この​リアルタイム​品質​管理​システム​の​情報​は、​遠隔​地​の​関係​者​が​品質​状況​を​即座​に​確認​できる​よう​WEB​配信​機能​を​持​たせる​こと​で、​リアルタイム​な​品質​情報​の​共有​化​が​可能​と​なる。

 

2. 課題

① 1​秒​以下​/​1​個​の​高速​画像​検査
​② 画像​処理​による​微小​溶接​の​安定​検出
​③ 品質​管理​用​SPC​プログラム​の​開発
​④ 内​製​化​による​開発​コスト​の​削減


3. 測定​ワーク​概略

 ・​Photo1​に​測定​対象​ワーク​の​写真​を​示す。
 ・​白丸​部分​が​溶接。

 

4. ソリューション

① システム​構成
​・​Fig.​1​に​示し​た​よう​に、​LabVIEW​を​メイン​プログラム​として​システム​開発​を​行い、​OPC​サーバ​と​の​通信​処理​や​画像​処理​検査​Vision Builder AI​と​の​データ​通信、​DSC​モジュール​を​活用​した​SPC​解析​を​行う​システム​を​構築​する。

 

<​ハード>
 モノクロ​画像​入力 : PCI​-​1426
 パソコン     : WindowsXP
​<​ソフト>
 LabVIEW 8.6
  ・​DSC​モジュール
  ・​OPC​サーバ
 Vision Builder AI 3.6
 ・​Vision Assistant
​② システムプログラム
​ⅰ.​インライン​画像​処理​検査
 ・​本​システム​では​導入​後、​作業​者​レベル​でも​容易​に​画像​処理​関数​の​閾​値​変更​や​関数​追加​など、​柔軟​に​対応​出来る​よう​Vision Builder AI​を​採用​し​て​いる。
 ・​Vision Builder AI​では、​1​つ​の​製品​(13​箇所​の​溶接​位置​検査)​に対し​44​個​の​画像​処理​関数​を​実行​し、​検査​時間​は​140msec​という​速​さ​で​処理​さ​れる。​そのため、​課題​で​あっ​た​タクト​1​秒​以下​/​1​個​を​十分​クリア​する​処理​能力​が​得​られる。 製品​は​Fig.​1​に​示す​よう​に​16​個の製品が繋がった状態でテーブルに載せられ​20mm​/​sec​の​等​速度​で​移動​する​よう​PLC​から​パルス​制御​を​行う。 移動​する​際、​各​製品​の​位置​で​トリガ​センサー​の​信号​が​ON​に​なり​PCI​-​1426​の外部トリガ入力端子に入力され、​撮像​→​画像​処理​→​結果​表示​→​保存​という​プロセス​を​実行​する。
 

 

・​画像​処理​の​ステップ​では​撮像​した​画像​に対し、​まず、​フィルタ​処理​を​行い​パターンマッチング​と​位置​補正​を​行う。 次に、​13​箇所​の​溶接​に対して​1​つ​ずつ​2​値​化​処理​(Detect Objects)​関数​を​実行​し​XY​中心​座標​と​大​きさの​情報​を​求め、​その​結果​を​演算​処理​(Geometry)​関数​にかけ​必要​な​結果​を​算出​する。 最後​に​OK or NG​の​メッセージ​を​表示​し​検査​結果​の​データ​を​LabVIEW​へ​転送​する。
 ・​LabVIEW​で受け取った検査結果のデータは必要な形に処理され​Fig.​2​に​示す​LabVIEW​で作成したユーザーインターフェースに表示され、​NG​の​場合、​生産​装置​に​不具合​発生​の​NG​信号​を​送信​し、​装置​を​停止​する​よう​プログラミング​し​て​いる。 また​検査​結果​を​時​系列​的​に​表示,​管理​する​こと​で​画像​処理​検査​システム​の​状態​も​把握​できる。

 

ⅱ.​リアルタイム​SPC​解析​(品質​管理)
​【本​システム​と​PLC​の​インタフェース】
​・​生産​設備​(PLC)​で​検査​あるいは​計測​した​データ​を​本​システム​に​取得​する​ため​に、​Fig.​1​に​示す​インタフェース“OPC​サーバ”を​採用​する。​一旦​OPC​サーバ​で​の​通信​を​確立​し​て​お​け​ば、​PLC​の​仕様​変更​や​検査​データ​の​追加,​削除​の​際​に​も​LabVIEW​システム​の​プログラム​変更​が​容易​に​行える。
​【 SPC​管理​図​の​リアルタイム​表示】
​・​データ​処理/​統計​解析/​SPC​管理​図​表示​について​は、​LabVIEW​と​DSC​モジュール​の​SPC​解析​ツール​を​活用​し​プログラム​開発​を​行う​こと​で​Fig.​3​に​示す​よう​な​SPC​管理​図​の​ユーザー​インターフェース​を​開発​した。

 

・​生産​設備​で​計測​さ​れ​た​データ​は​OPC​サーバ​を​経由​し​LabVIEW​の​DataSocket​に​渡​さ​れる。​その​データ​を​SPC​解析​ツール​により​X-​bar​管理​図、​σ​管理​図、​ヒストグラム​を​リアルタイム​解析​し​表示​する。​SPC​管理​図​に​表示​する​データ​数​は、​期間​の​指定、​群​の​数​の​指定​が​可能​で​ある。​X-​bar​管理​図、​σ​管理​図​に​は​Fig.​4​に​示す​領域​ABC​が​あり、​その​領域​内​で​の​バラツキ​を​Table.​1​に​示す​異常​判定​ルール​で​監視​し​アラー​ム​イベント​を​発生​する。​尚、​管理​図​の​更新​は​時間​周期​の​設定​か​任意​の​ボタン​操作​で​更新​さ​れる。​Fig.​5​に​ヒストグラム​を、​Fig.​6​に​X-​bar​管理​図​を​示す。

 

Table.​1 JIS​の​異常​判定​ルール
​1 領域​A​を​超​えて​いる
​2 連続​する​9​点​が​中心線​に対して​同じ​側​に​ある
​3 連続​する​6​点​が​増加,​又は​減少​し​て​いる
​4 14​の​点​が​交互​に​増減​し​て​いる
​5 連続​する​3​点​中、​2​点​が​領域​A​又は​それ​を​超​え​た​領域​に​ある​(>​2σ)
​6 連続​する​5​点​中、​4​点​が​領域​B​又は​それ​を​超​え​た​領域​に​ある​(>​1σ)
​7 連続​する​15​点​が​領域​C​に​存在​する​(≦​1​σ)
​8 連続​する​8​点​が​領域​C​を​超​え​た​領域​に​ある​(>​1​σ)

 

ⅲ.​品質​管理​システム​の​共有化
​・​本​システム​で​リアルタイム​に​表示​し​て​いる​SPC​管理​図​は、​LabVIEW​の​リモート​表示​機能​の​ウ​ェ​ブ​パブ​リ​ッ​シ​ュ​機能​を​組込む​こと​で、​LAN​を​経由​し​て​弊社​内​の​離れ​た​場所​の​別​の​パソコン​から​Web​ブラウザ​画面​で​表示​する​こと​が​できる。

 

ⅳ.SPC​ソフトウエア​の​機能
​✓​全数​ロット,​指定​ロット​の​管理​図​表示
​✓​現行​生産​中​ロット​データ​の​管理​図​表示
​✓​ヒストグラム​の​表示​(Cp,​Cpk​算出)
​✓SPC​異常​判定​ルール​の​採用​(Table1)
​✓​任意​ロット​データ​の​削除
​✓​管理​値​(UCL,​LCL,​CL,​領域​ABC)​の​任意​設定​と​自動​計算
​✓​社内​遠隔​地​PC​へ​SPC​管理​図​の​Web​配信

 

5. 結果

・​Table1​に​示し​た​よう​に、​このソリューションを開発したことで溶接画像検査の測定工数が大幅に改善された。​また​生産​工程​の​ライン​タクト​16​秒​を​切る​検査​時間​が​実現​し、​インライン画像検査機として十分仕様を満たすシステムとなった。​また​検査​精度​において​も​従来​の​オフライン​画像​検査​機​と​同等​の​繰り返し​性​を​確保​し、​予算​において​も​内​製​化​を​する​こと​で​ハード​ウエア​の​価格​だけ​で​押さえる​こと​が​出来​た。
​・​リアルタイム​品質​管理​システム​において​は、​市販​の​SPC​機能​を​有する​品質​管理​システム​は​非常​に​高価​で、​弊社​で​一部​導入​済み​の​システム​において​は、​開発​費用​を​含​め​400​万​円​程度​する。 今回、​LabVIEW​と​SPC​開発​ツール​を​組合せ​て​リアルタイム​品質​管理​システム​を​開発​した​こと​により、​開発​工数​の​削減​(1​週間​程度​で​開発)​が​でき、​また​開発​コスト​も​DSC​モジュールの

20​万​円​と、​OPC​サーバ​の​20​万​円​のみ​で、​既存​システム​の​約​1/​10​の​コスト​で​開発​出来​た。

 

・​今まで​は​抜き取り​検査​の​結果​を​蓄積​し、​オフライン​で​統計​的​手法​を​活用​し​て​工程​管理​と​保証​を​行​って​い​た​が、​今回​本​システム​を​開発​し,​弊社​生産​工程​へ​導入​出来​た​こと​により、​生産工程内での品質保証が可能になった。

 

Table.​1 現行​システム​と​の​比較​(画像​検査​と​SPC)

  現行​システム ソリューション 効果
画像​検査​工数 40秒 13秒 67%​低減
SPC​コスト  400​万円 40​万円 90%​低減

 

6. まとめ

 ・​今まで​は​LabVIEW​や​NI​製品​群​を​活用​し​て、​計測​制御​システム​の​開発​を​主に​し​てい​た​が、 今回​DSC​モジュール​を​使う​こと​により、​LabVIEW​で高機能な品質管理や品質の傾向管理を行うことが可能になった。​本​システム​の​開発​により​生産、​品質​に​携わる​関係​者​から​高い​評価​を​受け​た。​今後​も​NI​製品​を​活用​し、​物​造り​に​関わる​総合​的​な​システム​開発​を​進​め​て​行く。

Fig1. ​ ​画像​検査​&​品質​管理​システム​の​概略 ​
Fig.​2  ​ ​画像​検査​結果​の​画面 ​
Fig.​3  ​ ​リアルタイム​SPC​管理​図 ​
Fig.​4  ​ ​領域​ABC ​
Fig.​5  ​ ​ヒストグラム ​
Fig.​6  ​ X-​bar​管理​図 ​
Photo1. ​ ​サスペンション​外観​写真 ​