DE102005021693A1

DE102005021693A1 - Product quality sorting inspection system self monitoring procedure for tiles and flat panels records time variation of deviation for error class and compares with set tolerance band

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Publication number: DE102005021693A1
Application number: DE200510021693
Authority: DE
Original assignee: Massen Machine Vision Systems GmbH
Current assignee: Massen Machine Vision Systems GmbH
Priority date: 2005-05-08
Filing date: 2005-05-08
Publication date: 2006-11-09

Abstract

A product quality sorting inspection system self monitoring procedure records the time variation for an error class (2) of the instantaneous detected error frequency and product characteristic deviation (3) from the correct value and compares it with a set tolerance band using multiples of the value for a correctly set system. Independent claims are included for equipment implementing the procedure using a static module installed on a computer.

Description

Kamera-basierte Systeme für die automatische visuelle Kontrolle und Qualitätssortierung ersetzen heute in vielen hoch-automatisierten Produktionen von Bauteilen, von Fliesen, Laminatpaneelen, Möbelplatten, Vliesstoffbahnen, PVC-Bodenbeläge usw. die bisher durch den Menschen durchgeführt Qualitätskontrolle und Endsortierung (siehe z.B. www.massen.com, www.isravision.com). Diese fast Menschen-losen und in der Regel sehr schnelle arbeitenden Produktionsanlagen verlangen eine hohe Zuverlässigkeit der eingesetzten Inspektionssysteme, da im Fall eines Fehlers in der Inspektionsanlagen unbemerkt grosse Mengen an defekten Produkten durchlaufen bzw. grosse Mengen an Gut-Produkten ausgeschieden werden und damit in jedem Fall ein hoher Schaden entstehen kann.Camera-based Systems for Automatic visual inspection and quality sorting replace today in many high-automated productions of components, of tiles, Laminate panels, furniture panels, Nonwoven webs, PVC flooring, etc. the quality control and final sorting done so far by humans (See, for example, www.massen.com, www.isravision.com). These almost human-loose and usually require very fast-working production equipment a high reliability the inspection systems used, since in the case of a fault in The inspection systems unnoticed large amounts of defective products go through or large quantities of good products are excreted and thus In any case, a high level of damage can occur.

Die komplexen, oft aus mehreren Beleuchtungs-/Kamera-/Rechner-Modulen bestehenden Systeme zeigen in der Regel ein ebenfalls komplexes Ausfallverhalten. Dieses kann vom völligen Versagen der Rechner im Inspektionssystem bis hin zu graduellen Driften der Empfindlichkeits-Schwellen führen für die verschiedenen Detektionsalgorithmen reichen. Die Erkennung des komplette Versagens der Rechner durch sog. Watch-dog Schaltungen und die automatische Erzeugung von Alarmen bei einem solchen Totalausfall ist Stand der Technik.The complex, often from multiple lighting / camera / computer modules existing systems usually show a likewise complex failure behavior. This can be complete Failure of the computer in the inspection system to gradual Drifting the sensitivity thresholds lead to the different detection algorithms pass. The detection of the complete failure of the computer through so-called watch-dog circuits and the automatic generation of alarms in such a total failure is state of the art.

Für die automatische Erkennung des graduellen Versagens einer Inspektionsanlage gibt es aber noch keine zufriedenstellende Lösung. Diese Erkennung des graduellen Versagens ist auch deswegen schwierig, weil sie von den ebenfalls oft vorhandenen Instabilitäten und Driften des Produktionsprozesses selbst unterschieden werden muss. So ist es beispielweise normal, dass bei der Produktion von keramischen Fliesen durch Instabilitäten beim Glasurauftrag und im Brennofen der Farbeindruck sich allmählich verändert. Ein automatisches Inspektionssystem wird diese Drift als Farbfehler detektieren und die Bedienung dazu veranlassen, eine neue, getrennt zu verpackende Charge gleichen Farbeindrucks zu definieren. Bekannt ist es auch, die für die Erkennung von Prozessbedingten Farbabweichungen verantwortlichen Schwellen adaptiv den sich langsam veränderlichen Driften des Produktionsprozesses anzupassen umso zu vermeiden, dass solche Fliesen als fehlerhaft ausgeschleust werden.For the automatic Detection of the gradual failure of an inspection facility gives but it is still not a satisfactory solution. This recognition of the gradual Failure is also difficult because of them too often existing instabilities and drifting of the production process itself got to. For example, it is normal for the production of ceramic tiles due to instabilities in glaze application and in the kiln the color impression gradually changes. An automatic inspection system will detect this drift as a color error and cause the operator to a new batch of the same color impression to be packed separately define. It is also known that for the detection of process-related Color deviations responsible thresholds adaptively slow down variable Drifting to adapt to the production process so as to avoid that such tiles are rejected as faulty.

Diese normalen Prozeßinstabilitäten machen es schwierig oder sogar unmöglich, anhand des Sortierergebnisses des automatischen Systems zwischen den normalen Prozeßinstabilitäten und einem graduellen Versagen des Inspektionssystems selbst zu unterscheiden.These normal process instabilities it's difficult or even impossible based on the sorting result of the automatic system between the normal process instabilities and a gradual failure of the inspection system itself.

Diese fehlende Selbstüberwachung von automatischen Inspektionssystemen stellt ein grosses Hindernis dar für den ansonsten aus Gründen der Rationalisierung, der 100 %igen Qualitätsüberwachung und der kostengünstigen Qualitätssortierung gewünschten Einsatz solcher Inspektionssysteme. Die Produktionsleiter einer automatisierten Fabrik empfinden es als gefährlich, ein automatisches Inspektions- und Sortiersystem unbeobachtet über lange Zeiträume zu betreiben und damit das Risiko einzugehen, daß bei einer graduellen Drift des Inspektionssystems eine grosse Anzahl von falschen Sortierungen erfolgen kann. Da in der Regel die automatisch sortierten Produkte auch automatisch verpackt werden, können grosse Mengen falschsortierter Produkte unerkannt zum Kunden ausgeliefert werden und erhebliche Kosten durch Schadenersatzansprüche, durch Verlust an Ansehen etc. verursachen.These lack of self-monitoring of automatic inspection systems poses a major obstacle for otherwise for reasons rationalization, 100% quality control and cost-effective Quality sorting desired Use of such inspection systems. The production manager of a automated factories find it dangerous to use an automatic inspection and sorting system unobserved over long periods to operate and thus take the risk that at a gradual drift of the inspection system a large number of wrong sorts can be done. As a rule, the automatically sorted products can also be packed automatically, large quantities can be wrongly sorted Products are shipped unrecognized to the customer and substantial Costs due to claims for damages, caused by loss of reputation, etc.

Es besteht daher ein grosser Bedarf nach einem Verfahren, welches zwischen den unvermeidlichen Driften des Produktionsprozesses selbst und den fehlerhaften Driften des automatischen Inspektionssystems unterscheiden kann und im zweiten Fall automatisch Störungsmeldungen erzeugen kann.It There is therefore a great need for a method which between the inevitable drifts of the production process itself and the distinguish between incorrect drifting of the automatic inspection system can and automatically generate fault messages in the second case.

Erfindungsgemäß wird eine automatische Selbstüberwachung von optischen Inspektionssystemen dadurch erreicht, dass in einem ersten Schritt zusätzlich zur automatischen Qualitätssortierung das Inspektionssysstem für zumindest eine der zu erkennenden Fehlerklassen den zeitlichen Verlauf der detektierten momentanen Fehlerfrequenz und/oder der Abweichungen einer Produkteigenschaft vom SOLL-Wert ermittelt und dass eine fehlerhafte Drift des Inspektionssystems dadurch erkannt wird, daß die Streuung der momentanen Fehlerfrequenz und/oder der Abweichungen einer Produkteigenschaft vom SOLL-Wert bei zumindesten einer Fehlerklasse ausserhalb eines vorgegebenen oder durch einen automatischen Selbstlernprozess ermittelten Toleranzbandes liegt.According to the invention is a automatic self-monitoring of optical inspection systems achieved in that in one first step in addition for automatic quality sorting the inspection system for at least one of the error classes to be recognized, the time course the detected instantaneous error frequency and / or the deviations of a product characteristic of the DESIRED value and that a faulty one Drift of the inspection system is detected by the fact that the scattering the current error frequency and / or the deviations of a product characteristic of the DESIRED value for at least one error class outside of one predetermined or determined by an automatic self-learning process tolerance band lies.

Der Erfindungsgedanke soll beispielhaft, aber nicht ausschließend, anhand der automatischen Inspektion von keramischen Fliesen dargestellt werden. Hierfür werden folgende Abbildungen verwendet:Of the The idea of the invention is intended to be exemplary but not exclusive automatic inspection of ceramic tiles become. Therefor the following figures are used:

1 zeigt eine typische graphische Oberfläche für ein Inspektionssystem mit der graphischen Darstellung der Historie der erkannten Defekte in Form einer Reihe von Balken mit der Codierung „schwarz = Fehler" und „weiss = kein Fehler" 1 shows a typical graphical surface for an inspection system with the graphic representation of the history of the detected defects in the form of a series of bars with the coding "black = error" and "white = no error"

2 zeigt die Darstellung der momentanen Frequenz des detektierten Fehlertyps "Kantenriss" aufgetragen über die Zeit sowie die Darstellung der SOLL-Wert Abweichung der Produkteigenschaft „Farbeindruck" ebenfalls aufgetragen über der Zeit 2 shows the representation of the current Frequency of the detected error type "edge crack" plotted over time as well as the display of the target value deviation of the product characteristic "color impression" also plotted over time

Ein optisches Inspektions- und Sortiersystem für keramische Fliesen erkennt mit Hilfe von verschiedenen Kamera/Beleuchtungsmodulen und Bildverarbeitungsalgorithmen eine grosse Anzahl unterschiedlicher Fehlerklassen wie z.B. Kantenrisse, abgebrochene Ecken, Blasen in der Glasur, mangelhafte Homogenität des Streubildes, lokale Farbkontaminationen, Abweichungen des gewünschten Farbeindrucks usw.. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, wird üblicherweise auf der graphischen Bedienungsoberfläche -1- für jede durchlaufende Fliese das Inspektionsergebnis für diese Fehlerklassen -2- in Form einer Reihe von farblich codierten Balken -3- dargestellt, so dass der Bediener einen unmittelbaren Eindruck der momentanen Qualität der Produktion erhält. Beispielhaft sei die Codierung „schwarz = Fehler", „weiss = kein Fehler" gewählt und beispielhaft sei auf der Bedienungsoberfläche die Historie der letzten zwanzig Fliesen durch 15 Reihen derart codierter Balken dargestellt.A ceramic tile inspection and sorting system uses various camera / lighting modules and image processing algorithms to detect a large number of different defect classes, such as edge cracks, broken corners, bubbles in the glaze, poor homogeneity of the scattering pattern, local color contamination, deviations in the desired color impression, etc. . As in 1 exemplified, is usually on the graphical user interface -1- for each passing tile, the inspection result for these error classes -2- in the form of a series of color-coded bars -3- so that the operator gets an immediate impression of the current quality of the production. By way of example, the coding "black = error", "white = no error" is selected and, by way of example, the history of the last twenty tiles is represented by 15 rows of such coded bars on the user interface.

Im Falle einer unzulässigen Drift sowohl des Produktionsprozesses als auch des Inspektionssystems selbst wird die Anzahl von schwarzen Balken sichtbar zunehmen. Der Bediener kann diesen Fall gut erkennen. Es ist ebenfalls Stand der Technik, bei einer solchen Zunahme autmatisch einen Alarm zu erzeugen, um in einer weitgehend unbemannten Produktion das Personal zu alarmieren.in the Case of inadmissible Drift of both the production process and the inspection system itself the number of black bars will increase visibly. Of the Operator can recognize this case well. It is also state of the art Technique of automatically generating an alarm upon such an increase to alert staff in largely unmanned production.

Der Bediener kann allein aus dieser Anzeige aber nicht erkennen, ob der Produktionsprozess sich verändert hat oder ob das Inspektionssystem selbst infolge einer unzulässigen Drift anders als vorgeschrieben sortiert.Of the But from this display, the operator can not tell if the production process changes or whether the inspection system itself as a result of improper drift sorted differently than prescribed.

Erfindungsgemäß wird zusätzlich zur Fehlerhistorie der zeitliche Verlauf der Kurzzeit-Fehlerfrequenz mindestens einer Fehlerklasse und/oder der Abweichungen mindestens einer Produkteigenschaft vom SOLL-Wert berechnet. Beispielhaft ist in 2 das Zeitprofil -4- der über beispielhaft die jeweils vergangenen 10 Minuten ermittelten Frequenz der Fehlerklassen „Kantenrisse" -5- und das Zeitprofil -6- der Abweichungen der Produkteigenschaft „Farbeindruck" vom SOLL-Wert -7- dargestellt.According to the invention, in addition to the error history, the time profile of the short-term error frequency of at least one error class and / or the deviations of at least one product property is calculated from the DESIRED value. Exemplary is in 2 the time profile -4- the frequency of the error classes "edge cracks" ascertained by way of example over the last 10 minutes -5- and the time profile -6- the deviations of the product characteristic "color impression" from the DESIRED value -7- shown.

Eine Drift des Produktionsprozesses bewirkt in jedem Fall eine Veränderung der mittleren Fehlerfrequenz und/oder der mittleren Abweichung, in der Regel eine Zunahme, da das Inspektionssystem mit gleichbleibenden Detektionsschwellen arbeitet. Dies ist in 2 beispielhaft sowohl für den Fehler " Kantenrisse" -5- als Zunahme der mittleren Frequenz und als SOLL-Wert Abweichung für die Fehlerklasse „Farbeindruck" -7- ersichtlich.A drift of the production process always causes a change in the mean error frequency and / or the mean deviation, usually an increase, since the inspection system operates with constant detection thresholds. This is in 2 exemplarily both for the error "edge cracks" -5- as an increase in the mean frequency and as a target value deviation for the error class "color impression" -7- seen.

Ebenfalls ersichtlich ist auch aus dem Verlauf der Zeitprofile, dass die relative Streuung des Zeitprofils -4- mit der dargestellten Kurzzeitfrequenz des Fehlers „Kantenrisse" -5- abnimmt im Gegensatz zur Streuung des Zeitprofils -6-, welche die SOLL-Wert Farbabweichung -7- darstellt und welche bei steigendem Mittelwert in etwa gleich bleibt.It can also be seen from the course of the time profiles that the relative dispersion of the time profile -4- with the illustrated short-term frequency of the error "edge cracks" -5- decreases as opposed to the dispersion of the time profile -6- which the DESIRED value color deviation -7- represents and which remains approximately the same with increasing average.

Eine Drift eines Produktionsprozesses bedeutet in der Regel, daß sich eine bestimmte Qualität systematisch verändert. So erzeugt eine Verringerung der Temperatur im Brennofen einen leicht blasseren Farbeindruck, allerdings mit einer ungefähr gleichen Schwankungsbreite, da letztere von den natürlichen Schwankungen der Parameter des Brennofens wie z.B. der Regelschwingung der Temperaturregelung, der Unruhe der Transportrollen im Ofen u.ä. konstruktiv festgelegt ist. Diese Schwankungen sind demnach für einen gegebenen Produktionsprozess weitgehend konstant und vorgegeben, zumindest in dem Bereich üblicher relativ kleiner Prozessdriften.A Drift of a production process usually means that one certain quality systematically changed. Thus, a reduction in the temperature in the kiln produces a light Pale color impression, but with an approximately same Fluctuation, since the latter of the natural variations of the parameters of the kiln such as e.g. the control oscillation of the temperature control, the unrest of the transport rollers in the oven, etc. is determined constructively. These variations are therefore for a given production process largely constant and predetermined, at least in the area usual relatively small process drifts.

Die Drift einer Detektionsschwelle des Inspektionssystems aber, beispielhaft durch eine Abnahme der Beleuchtungsintensität für die die Kantenrisse detektierenden Kamera bedingt, führt zu einer systematischen Zunahme der (fälschlicherweise) erkannten dunklen Kantenrisse und gleichzeitig zu einer Abnahme der Streuung der detektierten Kantenrisse: es werden systematisch gute Kantenstellen wegen der zu dunklen Beleuchtung als dunkle Kantenrisse erkannt.The Drift a detection threshold of the inspection system but, for example by a decrease in the illumination intensity for the edge cracks detecting Camera conditionally leads to a systematic increase of (wrongly) recognized dark edge cracks and at the same time to a decrease of the scattering the detected edge cracks: there are systematically good edge points because of the dark lighting detected as dark edge cracks.

Damit stellt erfindungsgemäß die Streuung des Zeitprofils der Kurzeitfehlerfrequenz (bei binären Fehlertypen: vorhanden/nicht-vorhanden) bzw. die Streuung der SOLL-Wert Abweichungen einer kontinuierlichen Produkteigenschaft (stetige Veränderung) ein Indikator für das Versagen des Inspektionssystems dar.In order to represents the scattering of the invention Time profile of the short time error frequency (for binary error types: available / not available) or the dispersion of the target value deviations from a continuous Product feature (steady change) an indicator of the failure of the inspection system.

Erfindungsgemäß wird beim gut eingestellten Prozess zumindestens eine solche Streuung als Indikator ermittelt und ein Toleranzband festgelegt. Dies kann z.B. durch Beobachtung der Kurzzeit-Frequenz einer (binären) Fehlerklasse bzw. der SOLL-Wert-Abweichungen einer (stetigen) Produkteigenschaft geschehen. Typische Toleranzbänder sind der 2,5 fache Wert der Streuung der beobachteten Variable, im erfindungsgemäßen Fall demnach der 2,5 fache Wert der Streuung der gemessenen Kurzzeit-Streuungen.According to the invention well adjusted process at least such a dispersion as an indicator determined and set a tolerance band. This can e.g. by Observation of the short-term frequency of a (binary) error class or the DESIRED value deviations happen to a (continuous) product property. Typical tolerance bands are 2.5 times the value of the scatter of the observed variable, in the case of the invention therefore 2.5 times the value of the scatter of the measured short-term scatters.

Der Erfindungsgedanke ist keineswegs nur auf Inspektionssysteme für die Fliesensortierung beschränkt, sondern gilt für alle automatischen Inspektions- und/oder Sortiersysteme, welche in der Lage sind, bestimmte Fehler automatisch zu erkennen und/oder bestimmte Produkteigenschaften zu messen und durch Vergleich mit Toleranzbänder in zumindestens die Fehlerklassen „zulässig" oder „nicht-zulässig" zu klassifizieren.The inventive concept is by no means limited to inspection systems for tile sorting, but applies to all automatic inspection and / or sorting systems which are capable are to detect certain errors automatically and / or to measure certain product properties and classify them by comparing them with tolerance bands in at least the error classes "allowed" or "not allowed".

Erfindungsgemäß werden an dem Inspektionssystem während der Einrichtphase die Zeitprofile der Kurzeitfrequenz der verschiedenen Fehlerklassen und/oder der SOLL-Wert Abweichungen ermittelt und das Inspektionssystem so verstellt, daß eine Drift simuliert wird. Aus den verschiedenen Zeitprofilen wird dasjenige oder werden diejenigen als Indikator/en für eine Drift des Inspektionssystems ausgewählt, bei welchen die Abnahme der Streuung am prägnantesten auftritt.According to the invention at the inspection system during the setup phase the time profiles of the cure time frequency of the various Error classes and / or the target value deviations determined and the inspection system adjusted so that a drift is simulated. The different time profiles will become one or the other as indicator (s) for selected a drift of the inspection system, in which the decrease the scatter most succinctly occurs.

Vom Erfindungsgedanken betroffen sind demnach alle Inspektionssysteme, bei welchen die Veränderung der Streuung einer Kurzzeit Fehlerfrequenz und/oder SOLL-Wert Abweichung einer Produkteigenschaft sich systematisch bei einer Drift des Inspektionssystems ändert.from According to the idea of the invention, all inspection systems are where the change the dispersion of a short-term error frequency and / or nominal value deviation a product characteristic changes systematically with a drift of the inspection system.

Claims

Automatic self-monitoring of inspection systems for the automatic control and sorting of the quality of products, characterized in that the Inspektionsssysstem for at least one of the error classes to be detected, the time course of the detected instantaneous error frequency and / or the instantaneous deviations of at least one product characteristic of the DESIRED value and that deviations the inspection system of its correct operation are automatically recognized by the fact that the scatter or scatters at least one instantaneous error frequency and / or the instantaneous deviations at least one product property outside a predetermined tolerance band or lie.

A method according to claim 1 characterized that the tolerance band for the or those scatters of the instantaneous error frequency and / or Deviation of the product characteristic from the DESIRED value as a non-integer or integer multiple of the dispersion the instantaneous error frequency and / or deviation from the DESIRED value, measured by a well-adjusted inspection system and production process.

Arrangement for carrying out the method according to claim 1 to 2, characterized in that a statistical module at least one computer of the inspection system is installed, that this module continuously at least one instantaneous error frequency and / or at least one instantaneous target value deviation of one Property of the product to be inspected determines that the module the scatter of the error frequency and / or the deviation determined and compared with a tolerance threshold.

Arrangement for carrying out the method according to claim 1 to 2, characterized in that the at least one temporal Course of the current error frequency for at least one error class and / or the time course of the instantaneous deviation from the target value at least one product property as a time chart in the user interface of the Inspection system are presented.

Arrangement for carrying out the method according to claim 3 characterized in that the inspection system when exceeded at least one tolerance band, an optical and / or electrical and / or audible alarm signal generated