Denetim, günümüzde birçok yüksek hacimli üretim hattında en büyük kısıtlayıcı faktör haline gelmiştir. Saatte birkaç ton üretim yapan bir tesis, her parçayı incelemek için yeterli sayıda personel görevlendiremez ve insan yargısı vardiya boyunca değişkenlik gösterir. Alıcılar, yabancı madde, renk tutarlılığı ve boyutsal doğruluk konusundaki şartnameleri daha da sıkı hale getirirken, ikincil hammadde piyasaları saflık için daha yüksek fiyatlar ödemektedir. Optik ayırma, bir kalite iyileştirmesinden standart bir üretim aşamasına dönüşmüştür.
Bir optik ayırma makinesi Sistem, ürünü tek bir katman halinde yayarak çalışır; ürünü, kontrollü aydınlatma ve kameralar ya da spektral sensörlerin her bir ürünün görüntüsünü yakaladığı bir denetim bölgesinden geçirir; her görüntüyü kabul ve red kriterleriyle gerçek zamanlı olarak karşılaştırır ve reddedilen bir ürün ayırma noktasına ulaştığı anda pnömatik veya mekanik bir çıkarma mekanizmasını devreye sokar. Yansıyan ışıktan hava darbesi uygulamasına kadar olan tüm döngü, genellikle on milisaniye içinde tamamlanır.
Verimli çalışan bir ayırıcı ile sadece çalışan bir ayırıcıyı birbirinden ayıran şey, üç alt sistem arasındaki dengedir.
Bir Optik Ayırma Makinesi Aslında Ne Yapar?
Optik ayırma makinesi, hareket halindeki bir akıştaki her bir ürünü programlanmış kriterlere göre değerlendiren ve uygun olanlara dokunmadan, kriterleri karşılamayanları ayıran otomatik bir inceleme ve ayırma sistemidir.
Eleme ızgaraları, mıknatıslar ve yoğunluk tabloları, malzemeleri hacimsel özelliklerine göre ayırır ve bir akışı yalnızca iri fraksiyonlara bölebilir. Buna karşılık, optik ayırma makinesi her bir nesneyi ayrı ayrı değerlendirir: yanlış renk tonu, yanlış şekil, kirlenmiş, kırık veya yanlış polimer. Muayene tahribatsızdır, bu nedenle bir numune yerine tüm üretimi incelerken tam hat kapasitesinde çalışır.
Dört Alt Sistem ve Neden Ayrılmayacakları
Kompakt şutlu ayırıcıdan geniş bantlı makineye kadar her platform, aynı dört bloğu içerir.
| Alt sistem | İşlev | Tipik arıza belirtisi |
| Besleme | Malzemeyi sabit bir hızda tek tabaka halinde yayar | Üst üste binme kusurları gizler; dengesiz aralıklar zamanlamayı bozar |
| Optik | Akışı aydınlatır ve her bir öğenin görüntüsünü gösterir | Düşük kontrast, hareket bulanıklığı, kirli camlar |
| İşleme | Eşik değerlere veya eğitilmiş bir modele göre sınıflandırır | Partiler arasındaki eşik değerlerdeki istikrarsızlık |
| Ayrılık | Reddedilen ürünleri ana akıştan başka bir yöne yönlendirir | Geç veya zayıf nabız, devamlılık, atlamalar |
Bloklar birbirine bağımlıdır ve bu durum kısmi yükseltmeleri zorlaştırır. Kötü seçilmiş bir ışık kaynağının arkasında bulunan yüksek çözünürlüklü bir kamera, arka plandan ayırt edemediği bir kusurun net bir görüntüsünü üretir; üç milisaniye gecikmeli olarak verilen doğru sınıflandırma ise hedef geçtikten sonra ejektöre ulaşır.
Optik Ayırma Süreci Aşamaları
Optik ayırma işlemi, dört aşamalı sürekli bir döngü halinde gerçekleştirilir: ürünün tek tek ayrılması, aydınlatılması ve görüntüsünün alınması, sınıflandırılması ve reddedilenlerin yönlendirilmesi. Her aşama, taşıma hızına göre zamanlanmıştır; böylece karar ve fiziksel işlem aynı nesneye uygulanır.
Mimari, şu kaynaklarda belgelenmiştir: optik ayırma, ve aşağıdaki dizi, doğruluğun gerçekte nerede kaybolduğuna dikkat ederek bunu takip ediyor.
1. Aşama: Besleme ve Parçaların Ayrılması
Ürün bir hazneden geçer ve titreşimli besleyici, düzleştirme bandı veya hızlandırıcı konveyör tarafından yayılır; böylece ürünler tek bir katman halinde ve sabit aralıklarla ilerler. Üst üste binen iki parça tek bir siluet oluşturur; bu nedenle gizli yüzeydeki bir kusur görünmez. Düzensiz aralıklar da aynı derecede zararlıdır; çünkü ejektör sabit bir nozul dizisidir ve geç gelen bir parça, aslında olması gereken yere yönlendirilmiş bir darbe alır.
2. Aşama: Denetim Bölgesinde Tespit
Işık kaynakları her bir nesneyi aydınlatır ve kameralar yansıyan, geçen veya yayılan ışığı yakalar. Yansıma, renk, doku ve şekli yansıtır. Arkadan aydınlatma ile oluşan geçiş, silueti ve iç yapıyı ortaya çıkarır. Genellikle ultraviyole uyarımı altında floresan olarak ortaya çıkan yayılım ise belirli kirleticiler için malzeme kimliğini ortaya koyar.
3. Aşama: Sınıflandırma ve Karar Aralığı
İşlemci, her bir nesneden renk tonu, alan, kontur, en-boy oranı, doku ve spektral tepkiyi çıkarır; ardından bu vektörü operatör eşik değerleriyle veya eğitilmiş bir modelle karşılaştırır. Bir ayırıcının değerlendirebileceği özellik yelpazesi oldukça geniştir; buna genel bir bakış olarak gözle inceleme işlevleri Açıkça görüldüğü üzere, herhangi bir ürün için yalnızca bir alt küme önem arz eder. Bağlayıcı kısıtlama, hesaplama açısından değil, zaman açısından geçerlidir. Karar, nesne fırlatma penceresinden çıkmadan önce verilmelidir; bu da saniyede 3 metre hız ve 300 milimetrelik mesafe göz önüne alındığında, toplamda yaklaşık 100 milisaniyelik bir süre anlamına gelir.
4. Aşama: Fırlatma ve Doğrulama
Reddedilen ürünler ayrı bir oluğa yönlendirilirken, kabul edilen ürün yoluna devam eder. Sonucu tanımlayan ve birbiriyle çelişen iki rakam vardır. Çıkarma verimliliği, atılan gerçek kusurların oranını ifade eder. Taşınma, ya da iyi ürün kaybı ise, yanlışlıkla çıkarılan kabul edilebilir ürünlerin oranını ifade eder. Eşik değerlerinin sıkılaştırılması, ilk değeri iyileştirirken ikincisini kötüleştirir; bu nedenle, bir ayırıcı ancak her iki değer de o ürün için ticari tolerans aralığı içinde kaldığında iyi ayarlanmış sayılır.
Kamera Sistemi: Makinenin Gördükleri
Kamera, makinenin neyi algılayabileceğini belirler; bu konuda belirleyici olan iki teknik özellik, en küçük görünür kusuru tespit eden uzamsal çözünürlük ile hareket bulanıklığının bu çözünürlüğü bozmadan önce hat hızını belirleyen tarama hızıdır.
Tek Renkli, Renkli ve Üç Renkli Kameralar
Tek renkli bir kamera yalnızca parlaklığı kaydeder. Bu kamera ucuz ve hızlıdır; beyaz pirinçteki koyu renkli taşlar veya koyu renkli plastik üzerindeki parlak parçacıklar gibi, kusurların parlaklık açısından belirgin farklılıklar gösterdiği durumlarda etkilidir. Renkli bir kamera ise ışığı kırmızı, yeşil ve mavi kanallara ayırır ve renk tonuna göre sınıflandırır; bu özellik, yanmış taneler ve karışık renkli öğütülmüş malzeme için önemlidir. Üç renkli tasarımlar, bu prensibi belirli bir uygulama için seçilen bantlara genişletir; bu bantlar bazen yakın kızılötesi veya ultraviyole ışığı da içerir, böylece kanal seti insan görüşünü taklit etmekten ziyade ayrımı en üst düzeye çıkarır.
Çözünürlük, Hat Hızı ve Algılanabilen En Küçük Kusur
Çözünürlük, megapiksel yerine piksel başına milimetre cinsinden ifade edilmelidir; çünkü görüş alanı, sensör boyutu kadar önemlidir. Bir kusurun tutarlı bir şekilde ayrıştırılabilmesi için eni iki ila üç piksel olmalıdır.
| Sensör genişliği | Görüş alanı | Piksel boyutu | En küçük güvenilir kusur |
| 2048 piksel | 400 mm | 0,20 mm | 0,4 ila 0,6 mm |
| 4096 piksel | 600 mm | 0,15 mm | 0,3 ila 0,45 mm |
| 8192 piksel | 800 mm | 0,10 mm | 0,2 ila 0,3 mm |
Daha hızlı bir hat, bulanıklığı önlemek için daha kısa bir pozlama süresine ihtiyaç duyar ve daha kısa bir pozlama süresi de daha fazla ışık gerektirir; bu nedenle aydınlatma ve kamera seçimi tek bir sorun haline gelir. Aynı hatta birkaç kameranın monte edilmesi, örneğin altı yüzlü görünüm denetimi, kritik özellikleri farklı yüzlerde bulunan küçük parçalar için genellikle verilen cevaptır.
Renk Ayırıcı ile Spektral Ayırıcı Arasındaki Fark Nedir?
Renk ayırıcı, görünür yansıma görüntülerini alır ve ton, doygunluk ve şekle göre ayırır. Bu sistem, kusur farklı göründüğünde iyi sonuç verir; ancak siyah plastiğin içindeki siyah plastik gibi kusurun görünüşü aynı olduğunda başarısız olur. Spektral algılama, bileşimi inceleyerek bu boşluğu doldurur. Yakın kızılötesi cihazlar, moleküler titreşim bantlarındaki emilimi ölçer; bu sayede polimerler, renklerinden bağımsız olarak kendine özgü izler verir. Bu temele ilişkin açıklamalar, aşağıdaki kaynaklarda yer almaktadır: yakın kızılötesi spektroskopisi.
| Sensör | Ölçülen sinyal | Sınırlama |
| RGB kamera | Görünür yansıma oranı | Kompozisyon görünmüyor |
| NIR, 900 ila 1700 nm | Moleküler emilim | Kalibrasyona ihtiyaç duyar, koyu yüzeylerde performansı zayıftır |
| Lazer | Bir dalga boyunda yansıma oranı | Tek spektral nokta |
| X-ışını geçirgenliği | Yoğunluk zayıflaması | Maliyet, radyasyonla başa çıkma |
| Hiper spektral | Yüzlerce dar bant | Veri hacmi, daha düşük veri aktarım hızı |
Aydınlatma: Kontrastı Belirleyen Alt Sistem
Aydınlatma, bir kusurun kullanılabilir bir sinyal üretip üretmeyeceğini belirler ve genellikle en uygun maliyetli performans artırma yöntemidir; zira geometri veya dalga boyundaki bir değişiklik, kamera yükseltmesinden daha iyi sonuçlar verebilir.
Görüntüleme, ışığı ölçer; dolayısıyla parçaya ışık ileten geometri, sensörün neyi ayırt edebileceğini belirler. Kullanılan konfigürasyonlar genel olarak makine görme doğrudan ayırma işlemine aktarılır.
| Geometri | Işık iletimi | Ne ortaya koyuyor? |
| Parlak alan | Doğrudan, kamera eksenine yakın | Yüzey rengi, baskı, genel görünüm |
| Karanlık alan | Düşük otlatma açısı | Çizikler, çatlaklar, çapaklar, yüzeyden çıkıntı yapan kirler |
| Arka ışık | Parçanın arkasındaki dağınık panel | Siluet, delikler, eksik özellikler |
| Dağınık kubbe | Yumuşak, her yöne duyarlı | Parlama eğilimi gösteren parlak veya kavisli parçalar |
| Koaksiyel | Lens ekseni boyunca | Cilalı metal gibi düz yansıtıcı yüzeyler |
Birçok kusur, renksel olmaktan ziyade geometrik niteliktedir. İşlenmiş bir bağlantı elemanındaki kıl inceliğinde bir çatlak, önden gelen ışık altında görünmezken, yan ışık altında parlak bir çizgi olarak ortaya çıkabilir; çünkü çatlak ışığı merceğe doğru saçarken, çevresindeki yüzey ışığı uzağa yansıtır.
Kontrast ayrıca dalga boyuna da bağlıdır. Sarı bir kusurun üzerine düşen mavi ışık, arka planı bastırarak kusuru koyulaştırırken, ortam ışığını engelleyen bir bant geçiren filtre, zayıf bir kontrast oranını güçlü bir seviyeye çıkarabilir. Ultraviyole uyarımı üçüncü bir seçenek sunar; zira bazı yapıştırıcılar, yağlar ve biyolojik kirleticiler UV ışığı altında floresan gösterirken, alt tabaka göstermez.
LED dizileri, mikrosaniyeler içinde yanıp sönerek bir flaş darbesinin kamera deklanşörüyle senkronize olmasını ve hareketi dondurmasını sağladıkları için halojen kaynaklarının yerini almıştır. Ancak iki sorun hâlâ devam etmektedir. Isı, binlerce saatlik kullanımda ışık çıkışını bozar; bu nedenle yoğunluk, belirli aralıklarla beyaz bir hedefle karşılaştırılarak kontrol edilmelidir. Ayrıca, penceredeki toz veya yoğuşma ışığı zayıflatır ve bu da, operatörlerin ancak reddetme oranlarında sapma olduğunda fark edebilecekleri yavaş bir doğruluk kaybına yol açar.
Uzaklaştırma: Bir Kararı Fiziksel Ayrılığa Dönüştürmek
Atma sistemi, bir sınıflandırmayı fiziksel bir sonuca dönüştürür ve sistemin performansı, valf tepki süresi, darbe süresi ve algılama ile nozüle varış arasında hesaplanan gecikmenin doğruluğu ile sınırlıdır.
Zamanlama doğruluğu olmadan algılama doğruluğunun bir değeri yoktur. Kamera bir kusuru tespit ettiğinde, nesne itici dizisine doğru ilerlemeye devam eder; bu nedenle kontrol ünitesi, ölçülen hız ve mesafeden geçiş gecikmesini hesaplamalı ve ardından doğru valfi doğru süre boyunca açmalıdır.
| Parametre | Tipik menzil | Yanlış yapmanın etkisi |
| Valf tepki süresi | 0,5 ila 1 ms | Geç gelen darbe hedefi ıskalar |
| Darbe süresi | 5 ila 20 ms | Çok kısa olursa saptırma yetersiz kalır; çok uzun olursa fazladan taşıma olur |
| Algılama ile fırlatma arasındaki mesafe | 200 ila 400 mm | Zamanlama bütçesini ve hız duyarlılığını belirler |
| Hava basıncı | 3 ila 7 bar | Düşük basınç, sapmayı azaltır; aşırı basınç ise komşuları rahatsız eder |
Saniyede 3 metre hızla hareket eden bir nesne, her milisaniyede 3 milimetre yol alır; dolayısıyla bir milisaniye geç açılan bir valf, hedefin arka kenarına çarpar ya da yanındaki hedefi vurur. Nozulun çapı ve açısı ise, darbenin ne kadarının olması gereken yere isabet edeceğini belirler. Küçük çaplar havadan tasarruf sağlar ancak mesafe arttıkça güç kaybeder; büyük çaplar ise güvenilir bir şekilde saptırma yapsa da yakındaki ürünü etkiler.
Hava kalitesi, makinede en çok ihmal edilen değişkendir. Nem, yağ taşınması ve partiküller delikleri tıkar, valflerin tam performans gösterememesine neden olur ve ürünü kirletir; bu nedenle üç vardiyalı bir üretim hattında kurutucu, birleştirici filtre ve çiğ noktası kontrolleri zorunludur.
Pnömatik çıkarma yöntemi, hızlı ve temassız olması nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır; ancak ağır nesneler, tüketimi pahalı hale getiren hava hacimlerine ihtiyaç duyar ve kırılgan nesneler, hava darbesi nedeniyle hasar görebilir. Kanatlı kapaklar, salıncak kollar ve geri çekilebilir kayışlar, nesnelerin büyük veya yüksek değerli olduğu ya da saptırılmak yerine yerleştirilmesi gereken durumlarda, döngü süresinden ödün verilerek kullanılır.
Optik Ayırma Makinelerinin Türleri
Sıralama makineleri, malzemeyi optik sistemlere sunan taşıma platformu ile denetimi gerçekleştiren sensör grubu olmak üzere iki bağımsız eksen boyunca sınıflandırılır; doğru kombinasyon, bütçeden ziyade ürünün geometrisine göre belirlenir.
| Platform | Ürün tanıtımı | En uygun olduğu durumlar |
| Kemer | Düz veya eğimli bir bant üzerindeki tek tabaka | Sabit bir konumda tutulması gereken düzensiz veya kırılgan nesneler |
| Şut | Dikey bir kanaldan serbest düşüş | Yüksek kapasitede serbest akışlı granül malzeme |
| Cam döner tabla | Dönen şeffaf bir diskin üzerine yaymak | Küçük parçalar üstten ve alttan denetlenir |
| İndeks plakası | Sabit aralıklarla gruplar halinde yerleştirilmiştir | Tekrarlanabilir konumlandırma gerektiren hassas parçalar |
| Çelik kayış | Yüksek aşınma direncine sahip metal taşıyıcı | Aşındırıcı, sıcak veya ağır malzeme |
Tek sensörlü makinelerin kalibrasyonu daha basittir ve karar verme süreci daha hızlıdır. Çok sensörlü makineler, renk verilerini yakın kızılötesi ve lazer verileriyle birleştirir; bu, ayırt etme yeteneğini artırır ancak karmaşıklığı da beraberinde getirir, çünkü kanalların uzamsal olarak eşleştirilmesi gerekir ve eşik değerleri birbirleriyle etkileşime girer.
Optik Ayırma Makinelerinin Kullanıldığı Yerler
Optik ayırma, akışta görünüş veya bileşim açısından ayrılması gereken öğeler bulunduğu her durumda uygulanır; bu, toplu tarım ürünlerinden mikrometre ölçeğindeki elektronik bileşenlere kadar uzanır.
Gıda ve tarım sektöründe, ayırıcılar rengi bozulmuş taneleri, taşları ve plastiği ayıklar ve renk ile boyuta göre sınıflandırır. Geri dönüşümde ise polimerleri reçine türüne göre, camı ise rengine göre ayırırlar. Madencilikte ise cevheri öğütme işleminden önce ön konsantre haline getirerek sonraki aşamalarda enerji tasarrufu sağlarlar.
Hassas imalat, en hızlı büyüyen sektördür ve toplu ayırma makinelerinin nadiren karşılaştığı gereksinimler ortaya koymaktadır. Bağlantı elemanları diş hasarı ve kaplama kusurları açısından, lastik contalar ise çapak ve boyut sapmaları açısından kontrol edilir; elektronik bileşenler ise yüksek sayım hızlarında birden fazla yüzeyden incelenir; işte bu nedenle elektronik sektöründe sınıflandırma çok açılı optik sistemlere sahip döner tabla ve indeks plakası platformlarına dayanmaktadır.
SSS
Optik ayırma makinesi, birbirine tıpatıp benzeyen malzemeleri ayırabilir mi? Evet, ancak sensörün renk dışındaki bir özelliği algılaması şartıyla. Yakın kızılötesi kanallar, polimerleri moleküler emilim yoluyla ayırt eder; lazer sensörleri, ürünle aynı renge sahip şeffaf kirleticileri tespit eder; X-ışını geçirgenliği ise yoğunluğa göre ayırır. Sınır, ilke değil kontrasttadır: Eğer iki malzeme her bantta birbirinden ayırt edilemeyen sinyaller veriyorsa, hiçbir yazılım bunları güvenilir bir şekilde ayıramaz.
Tek bir makine aynı anda birden fazla sıralama kriterini uygulayabilir mi? Çoğu ayırıcı, tek bir geçişte birden fazla özelliği değerlendirir ve renk, şekil, doku ile spektral kuralları tek bir kararda birleştirir. Ancak işleme kapasitesi serbestçe birleştirilemez. Eklenen her kriter, kabul aralığını daraltır; bu da genellikle taşıma oranını artırır ve sensör füzyonu, kalibrasyon yükünü artırır.
Sıcaklık, nem ve titreşim, kararlılığı ne ölçüde etkiler? Çoğu teknik özellikte belirtilenden daha fazlası. LED çıkışı, bağlantı noktası sıcaklığı yükseldikçe düşer; bu nedenle, düzeltilmemiş bir ısınma süresi, görünen rengi değiştirir. Soğutulmuş pencerelerdeki yoğuşma, soğuk ürünün nemli hava ile buluştuğu noktada ışığı dağıtır. Titreşim ve hız dalgalanmaları, görüntüleri bulanıklaştırır ve atım zamanlamasını değiştirir. Muhafaza soğutması, hava tahliyesi ve enkoderle senkronize tetikleme, bu üç sorunu da çözer.