viconsys Vianilmaisu ja Prosessihirianalyysi Paperiteollisuudessa Konenkseminaari Agorassa 18

viconsys Vianilmaisu ja Prosessihäiriöanalyysi Paperiteollisuudessa Konenäköseminaari Agorassa 18. 11. 2008

viconsys Paperin vianilmaisu ■ ■ Optisesti ihmissilmälle näkyvien paperirainan vikojen havaitseminen, luokittelu, hälytys ja raportointi Määrittelyn mukaisesti ilmaisun tulee tapahtua näkyvän valon avulla Määrittelyn mukaisesti tulisi vianilmaisun olla kuvantava, jotta tuotantohenkilöstö voi myös silmämääräisesti arvioida havaittuja vikoja. Tyypillisiä vikoja q q q q Reiät Liat Ohentumat Nestetahrat Rynkyt Lima Päällysteviat Reunarisat

viconsys Paperin vianilmaisun haasteet ■ ■ Suuri liikenopeus: tyypillisesti 25 m/s, maksimit jo 36 000 /s Pienimmät viat ovat kokoluokassa 0. 3 mm halkaisija, jolloin vika liikkuu kokoluokkansa verran noin 10 µ-sekunnissa Paperilla on voimakas luonnollinen epätasaisuus, formaatio. Useat viat eivät ole amplitudiltaan voimakkaampia kuin formaatio, ne ovat vain erinäköisiä muodoltaan Paperin laatu, formaatio, kiilto ja läpinäkyvyys vaihtelevat ajan funktiona

viconsys Suuren liikenopeuden vaatimat ratkaisut ■ Kuvan tai pikselin muodostus noin 10 mikrosekunnissa q Viivakameraa käytettäessä viivan lukemiseen (=integroituminen CCDelementin alkioihin) ei saa käyttää yli 10 µs, mistä johtuu elementtien lukunopeusvaatimukset (huomioiden n. 10% viiveen juovan luvun päättyessä) q q q 1024 p kameralla 110 MHz 2048 p kameralla 220 MHz 4096 p kameralla 440 MHz Käytettäessä matriisikameraa on salamavalopulssin oltava 10µs Kuten nähdään, ovat viivakamerat vielä haasteellisen vaatimuksen edessä ja nopeus muodostaa yleensä kuvaa huonontavan ja pikseleitä venyttävän vaikutuksen

viconsys Kameroiden toimintatavat ■ ■ Viivakamerassa kukin CCD elementti valottuu niin kauan, kunnes se luetaan. Uuden alkion valottuminen alkaa välittömästi lukemisen jälkeen Matriisikamerassa valotus perustuu koko kuva-alueen valottamiseen salamavalopulssilla ja kuvan lukemiseen sen jälkeen matriisikamera viivakamera CD MD

viconsys Vianilmaisu matriisikameralla ja nopealla LED salamavalolla Kuvien siirto ja kommunikointi kameralle valokuidussa Digitaaliset matriisikamerat säädettävällä kuvakoolla ja suurella lukunopeudella LED salamavalo 550 µs säädettävällä pulssinpituudella

viconsys Lyhyt LED valopulssi pysäyttää liikkeen tehokkaasti ■ ■ ■ ■ Näkyvä 500 nm LED valo Säädettävä sovelluksesta riippuva valopulssin pituus 5 -50 µs, tyypillisesti noin 10µs Suuri valoteho pulssin aikana, jopa 7 KW/m poikkisuunnassa 500 nm valo on kameran paras herkkyyspiste Ei lämmönkehitystä, koska käyttösuhde on vain 0. 2 -0. 3% kokonaisajasta Yli 10 vuoden elinaika Uusi pintaliitostekniikka

viconsys Vianilmaisun eri vaiheet 1. Kuvan muodostaminen q. Rainan liikkeen pysäyttäminen q. Kuvan toimitus digitaalisena valokuidun avulla q. Pikselikorjaus, valaisun ja kuvan normalisointi q. Tavoite: mahdollisimman hyvälaatuinen kuva 2 Vian erottaminen kuvan normaalivaihtelusta; vian ilmaisu q. Mahdollisimman kehittyneet matemaattiset menetelmät q. Kyky suorittaa mahdollisimman monipuolinen analyysi tosiajassa 3. Luokittelu q. Tavoitteena oppiva luokittelija, minkä opettaminen on osa normaalia paperin laadun seurantaa q. MLP Neuroverkkoluokittelijalla saadaan hyviä tuloksia Defect: Water drop Size: 2 mm 2 MD: 21045 m CD: 2043 mm

viconsys Hyvän kuvan perusteet ■ ■ Herkät ja matalan kohinan kamerat Voimakas valo ja mieluimmin salamavalotekniikalla q q ■ ■ Salamavalo mahdollistaa kuvauksen toimimisen ns. Global shutter periaatteella Valon spektri Kuvansiirto digitaalisena valokuidulla Korkea määrä tehollisia harmaasävytasoja

viconsys Hyvä kuvanlaatu; esimerkki hienopaperikoneelta nopeudella 25 m/s

viconsys Vian ilmaisu

viconsys Kuva-Analyysillä kuvasta voidaan etsiä halutut ominaisuudet. Esimerkki Miss

viconsys Vian ilmaisu perustuen kuva-analyysiin q. Geneettisellä ohjelmoinnilla voidaan selvittää paras kombinaatio matemaattisista menetelmistä vikojen ilmaisuun q. Konvoluutioalgoritmit q. Pituussuuntaiset energiajakaumat, esim rynkyt, vanat q. Adaptiivinen Gaussin menetelmä q. Matalakontrastiset viat q. Adaptiivinen mediaanisuodatus Alkuperäinen kuva Sama kuvaanalyysin jälkeen

viconsys Luokittelu

viconsys Opetus on-line käyttäjän ilmoittamana uudelleenluokituksena Jono vastatelan merkkauksia Virheellinen luokitus Käyttäjä antaa oikean luokan

viconsys MLP Neuroverkkoluokittelija käyttää suuren määrän tuntomerkkejä kuvan sijoittamiseksi oikeaan luokkaan

viconsys Process and Quality Vision Ratakatko ja paperin vika ovat yhden ja saman prosessihäiriön kaksi eri lopputulosta. Jokaista katkoa kohden on noin 1000 kertaa tilaisuus nähdä häiriö etsimällä paperin vian syy ja poistamalla se poistetaan myös tulossa oleva katko

viconsys PQV toiminnot Ilmaisee ja analysoi viat ja prosessihäiriöt ja niiden riippuvuudet Häiriön ilmaisu prosessissa on identtinen matemaattinen tehtävä kuin vianilmaisu Prosessikamerat-prosessihäiriöiden ja katkojen analysointi Process Vision havaitsee vianpuristinosalla… Vianilmaisu Popella …seuraa sitä läpi kuivatuksen… …ja lopuksi vianilmaisu ottaa tarkan kuvan ja luokittelee vian

viconsys Process and Quality Vision – esimerkki sanomalehtikoneelta ■ ■ ■ Vaihe 2: Vaihereunarisaksi 1: Rynkky muuttu ■ Rynkky havaitaan keskitelalla Vika näytetään automaattisesti Häiriö näytetään automaattisesti Vaihe 3: Vika havaitaan vianilmaisussa ja luokitellaan Vika ja sen syy esitetään kuvasarjana ja talletetaan tietokantaan ■ ■

viconsys Prosessianalyysin haasteet q q Ympäristö: likaa roiskuu tai höyrystynyt kalsium maalaa pinnat. Korkea lämpötila Korkea ratanopeus Usein hyvin ahtaat olosuhteet ja kapeat näkemäalueet Pitkät siirtomatkat

viconsys LED salamavalo, Digitaaliset kamerat ja valokuitu q LED salamavalotekniikalla kuten vianilmaisussa saadaan suuri hetkellinen teho ja lyhyt valopulssi pienellä keskimääräisellä teholla q Kylmä lasipinta sallii tehokkaan puhtaanapidon esin pyyhin/vesisuihkutekniikalla q Yli 10 vuoden elinikä q Digitaaliset kamerat tuottavat paremman kuvan q Parempi signaali/kohinasuhde, 60 vs 50 DBa q Kaikki juovat ja kaikki pikselit q Korkea nopeus sallii kuvauksen kapeissa tiloissa q Kuvansiirto digitaalisena korkealla harmaasävymäärällä valokuidussa q Moninkertainen harmaasävyjen lukumäärä q Ei kohinaa q Ei etäisyysrajoitusta

viconsys Esimerkki LEDCam kameran suorituskyvystä; vasemmanpuoleinen sanomalehtipaperikone 1500 mpm ja oikeanpuoleinen hienopaperikone 1200 mpm, huovan sauman painauma rainassa

viconsys Kuvanlaadun vertailu PQV Analogiakamera PQV Digitaalikamera

viconsys Yhteenveto q q q Uusi teknologia yhdistää paperin ratakatkon ja vianilmaisun Vikojen ja prosessihäiriöiden automaattinen ilmaisu, analyysi ja yhdistäminen auttaa parantamaan paperikoneen taloudellisuutta ja laatua Satoja vikoja ja niiden syntyanalyysiä ennen mahdollista ratakatkoa antavat tilaisuuden katkojen eliminoimiseen Tarvitaan kuva-analyysiä ja neroverkkoluokittelijoita Tarvitaan uusinta teknologiaa mahdollistamaan yhdistetty järjestelmä; LED salamavalot, digitaaliset suurnopeus matriisikamerat, valokuitukommunikointi, pipeline prosessoritekniikka yli Teraflopsin suorituskyvyllä, . NET Ohjelmisto, avoimet tietokannat Paljon korkeampi potentiaali ratakatkojen ja vikojen vähentämiseksi ja paperikoneiden talouden parantamiseksi