Системы машинного зрения для котроля качества тканей: примеры и расчеты окупаемости

Технологии контроля качества тканей имеют решающее значение для производства одежды, поскольку ткани составляют 50-60 процентов от общей стоимости изделия. Ткань составляет около 50-60 процентов от общей стоимости изделия, что делает ее крайне важной для всего процесса производства одежды. Отбраковка/изменение изделия из-за дефектов плетения или вязания может привести к огромным убыткам для компании. Не только процесс выявления дефектов, но и их маркировка на ткани, а также предотвращение их появления на этапе разметки и последующего раскроя, имеют огромное значение для обеспечения безупречного качества изделия.

Паллави Чаудхари, выпускница факультета технологий моды NIFT, и профессор Прабир Джана, заведующий кафедрой технологий моды NIFT, анализируют работу швейной машины с вытачками и используемые технологии на базовом и высшем уровнях, а также обсуждают различные технологические решения, доступные для контроля качества ткани.

Базовый уровень технологии: Ручной осмотр ткани.

На самом базовом уровне можно визуально осмотреть ткань на горизонтальных или наклонных инспекционных столах с подсветкой сверху и снизу. В этой очень простой машине начального уровня, которая обычно недорога, инспектор ткани протягивает ткань по освещенному инспекционному столу, а дефекты обнаруживаются, отмечаются и регистрируются вручную в инспекционной форме. Для удобства подачи ткани предусмотрен верхний направляющий ролик, с возможностью добавления направляющей по краю и счетчика метров.

Ролики ткани устанавливаются за инспекционным столом при достаточном освещении и перематываются по мере выхода со стола; механический счетчик длины измеряет длину проверенной ткани. Обычно предусмотрен лоток для хранения свободной ткани для проверки. В версии с механическим приводом движение ткани, как правило, происходит снизу вверх, тогда как в версиях с ручным приводом оно обратное, при этом стандартная ширина проверяемой ткани варьируется от 60 до 75 дюймов.

Среди лучших доступных вариантов можно выделить Checkmate от Paramount и настольную машину для проверки тканей от Konsan.

Проводится проверка ткани.

Средний уровень технологического уровня: Механический  полуавтоматический контроль качества тканей.

Машины для контроля качества тканей среднего уровня оснащены силовым приводом с частотно-регулируемым приводом для точного регулирования скорости и бесконтактными датчиками для контроля равномерности кромок, а также функцией автоматической остановки. Скорость машины может варьироваться от 12 метров в минуту до 60 метров в минуту, а некоторые модели имеют возможность контроля деликатных тканей при нулевом натяжении, чтобы избежать повреждения структуры ткани.

Еще одним преимуществом полуавтоматических инспекционных машин является электронный колесный энкодер, предназначенный для измерения длины проверяемой ткани, а также контроля ее ширины. Измерение длины помогает определить количество и длину слоёв, а равномерная ширина ткани позволяет максимально эффективно использовать её ресурсы. Механизм устроен таким образом, что ткань плавно проходит через роликовые системы (с регулировкой натяжения), затем под счетчиком метров и попадает на удерживающую трубу. Скорость движения ткани на инспекционной машине не должна превышать 15 ярдов в минуту, что является идеальной скоростью, при которой оператор может без проблем обнаруживать дефекты.

Двустороннее освещение сверху и снизу, а также датчики безопасности и функция аварийной остановки обеспечивают лучший контроль над проверкой ткани. Машина оснащена счетчиком метров для контроля количества проверяемой ткани, а также лотком для хранения ткани, облегчающим ее перемещение.

Это наиболее широко используемая технология для контроля качества тканей, которая помогает добиться более качественной и быстрой проверки, однако результаты по-прежнему зависят от навыков и опыта инспектора, работающего с ровничным механизмом. RF 101 E от Ramsons и check MASTERIITM от Paramount — одни из лучших примеров в этой категории.

Система полуавтоматического контроля качества тканей 101 E от компании Ramsons является наиболее широко используемой в отрасли.

Дополнительные программные модули для документирования дефектов

Для документирования характера дефектов с целью анализа и принятия решений на рынке доступно программное обеспечение для анализа дефектов при проверке тканей (FIDAS), которое можно установить на любую машину для проверки тканей любой марки и модели. Оно используется для ввода дефектов через сенсорный экран и выполняет автоматическую градацию ткани на основе количества дефектов, помогая выбрать подходящий рулон ткани с меньшим количеством дефектов. Программное обеспечение легко интегрируется со всем существующим программным обеспечением CAD и ERP на предприятии для получения эффективного плана раскроя и маркировки. Программное обеспечение работает по 4-точечной системе проверки тканей в соответствии со стандартами ASTM, наиболее распространенной системой проверки.

Программное обеспечение можно настроить для создания пользовательских отчетов, таких как отчет о проверке партий или рулонов ткани для определения количества дефектов в каждом рулоне; ежедневный производственный отчет — для контроля производительности с точки зрения выполнения ежедневных целевых показателей; отчет о реализации ткани — для расчета фактического количества ткани, которое может быть использовано; и отчет о дефектах по отделам, который помогает отслеживать конкретный отдел, ответственный за дефект, например, отдел крашения и печати, для любого дефекта цвета. Эти отчеты играют важную роль в планировании последовательных процессов, а также в ведении библиотеки возникших дефектов для дальнейшего использования.

К преимуществам использования программного обеспечения относятся: повышение производительности за счет ускорения процессов, снижение зависимости от рабочей силы, обеспечение прозрачности процессов между взаимосвязанными отделами и увеличение прибыли за счет улучшения реализации материалов.

В Индии этот программный продукт продают такие компании, как Almac Group, Gayatri Engineers и Amith Garment Services; они также производят и поставляют оборудование для контроля качества тканей.

Передовой уровень технологий: автоматизированный визуальный осмотр

За последнее десятилетие мировая текстильная промышленность претерпела значительные технологические изменения. Автоматизированная система визуального контроля является примером такого прогресса в процессе проверки тканей. Наиболее важным изменением является переход от зависимости от человеческого глаза к сканированию с помощью CMOS/CCD-камеры. Процесс заключается в том, что местоположение, размер и изображение дефектов регистрируются в системе. После проверки изделие оценивается по степени серьезности дефектов, и распечатывается подробный отчет. Цель состоит в экономии трудовых ресурсов и времени, а также в повышении точности процесса проверки.

На первом этапе обработки изображение ткани преобразуется в пороговое изображение, представляющее собой цифровое изображение в оттенках серого. Это помогает программному обеспечению считывать и различать изображение дефекта и ткани. После преобразования программное обеспечение отмечает область с дефектами в виде окна, и местоположение каждого дефекта сохраняется в данных. Далее, на вторичном этапе обработки изображения, окно дефекта исследуется на основе пяти атрибутов: высота и ширина окна дефекта; отношение общей площади дефекта к общей площади окна; общее количество дефектов в окне дефектов; и, наконец, отношение площади наименьшего дефекта к площади наибольшего дефекта. На основе вышеупомянутых атрибутов генерируются данные о каждом дефекте, что помогает в распознавании и классификации дефектов на основе стандартных систем контроля, таких как 4-точечная система. Система использует технологию цветного линейного сканирования высокого разрешения и усовершенствованные алгоритмы сортировки дефектов (DSA) для обнаружения и интерпретации дефектов.

WebSPECTOR от Shelton Vision Systems и IQ-TEX 4 от Elbit Vision Systems (EVS) — это два таких продукта, которые могут выполнять полную автоматическую проверку.

WebSPECTOR от Shelton — это самая передовая система для контроля качества тканей.IQ-TEX 4 от EVS — это полностью интегрированная система получения и обработки изображений, построенная на платформе Smart Vision Camera (SVC). Система способна обнаруживать дефекты размером менее 0,1 мм со скоростью до 1000 метров в минуту. Решение может использоваться на многих этапах, начиная от ткачества ткани и заканчивая производством готовой продукции. К функциям, способствующим более точному выявлению дефектов, относятся мониторинг процесса в реальном времени и оповещение, данные о дефектах для документирования, синхронизация с программным обеспечением для маркировки и раскроя, а также собственные алгоритмы сортировки дефектов.

Система WebSPECTOR от Shelton использует линейную сканирующую камеру, часто в двух или трех плоскостях обзора, каждая из которых имеет различное положение освещения для более эффективного обнаружения дефектов: прохождение света сзади, рассеянный верхний свет и нижний верхний свет. По мере обнаружения дефектов изображение каждого дефекта сохраняется вместе со всеми идентифицированными данными, что позволяет заводу классифицировать «дефект по типу» в режиме реального времени. Создается электронная карта дефектов, которая помогает внедрить наиболее эффективный план раскроя. Система WebSPECTOR автоматизирована для работы с большими ассортиментами моделей и/или продукции.

Автоматизированные системы контроля качества предназначены для повышения точности, согласованности и скорости обнаружения дефектов не только в процессе контроля, но и в производственных процессах тканей. Использование автоматизированных технологий в системах контроля имеет множество преимуществ, поскольку они быстрее и исключают высокую вероятность ошибок, связанных с человеческим фактором. Что еще важнее, это позволяет сэкономить на трудозатратах, снижая потребность в высококвалифицированных инспекторах. Подготовка хорошего специалиста занимает годы, а автоматизированные системы можно установить и «обучить» за считанные недели.

Контроль качества ткани на ткацком станке с помощью прибора «Cyclops». 

Для проверки ткани непосредственно на этапе ткачества некоторые текстильные фабрики используют систему контроля качества ткани на ткацком станке (On-loom Fabric Inspection System), которая взаимодействует с микропроцессором ткацкого станка. В случае обнаружения дефекта система останавливает и блокирует станок, предотвращая продолжение производства бракованной ткани. Перед возобновлением работы станка ткач должен сделать заявление, подтверждающее устранение причины дефекта. Заявление ткача также позволяет более подробно описать характер дефекта, из-за которого станок был остановлен системой контроля качества ткани Cyclops On-loom Fabric Inspection System, предлагаемой компанией Barco.

Система контроля качества ткани Cyclops от Barco предназначена для проверки качества ткани непосредственно на ткацком станке.

Сканирующая головка Cyclops включает в себя камеру и систему подсветки. Измерительная головка перемещается со скоростью сканирования 1,08 метра в минуту и ​​имеет опцию подсветки для обнаружения начальных меток в тканях высокой плотности.

Для помощи ткачу загорается индикатор на световой решетке ткацкого станка, сигнализирующий об остановке, а на дисплее ткацкого станка отображается сообщение, информирующее ткача о характере и местоположении дефекта ткани. Ткацкий станок будет остановлен при обнаружении любого дефекта основы, а также при слишком высокой концентрации дефектов утка или наполнителя в заданном отрезке ткани.

Сканеры Cyclops стоят 5000 долларов США каждый и могут использоваться для сканирования ткани шириной до 260 см на однопанельных ткацких станках с помощью одной камеры и до 500 см на двухпанельных ткацких станках с помощью двух камер. Также необходимо оплатить единовременную лицензию на программное обеспечение для машинного зрения в размере 25 000 долларов США. Таким образом, инвестиции в установку 100 ткацких станков составляют около 525 000 долларов США. Компания оценивает ежегодную экономию для типичного применения в 200 000 долларов США, что дает окупаемость примерно за 2,5 года.

Расчетные формулы

• Стоимость отделки = 0,20 x CM изделия
• Цена CM за операцию = Стоимость отделки x (SAM за одну операцию / Общая стоимость SAM)
• Производительность в день (смена 8 часов) = 480 / значение SAM за одну операцию (мин)
• Производительность в год = Производительность в день x Количество рабочих дней в месяц x Количество месяцев в год
• Годовая себестоимость производства = Годовая себестоимость производства x Цена CM за проверенное изделие
• Количество необходимых машин = Округлить (Производственный план / Производительность в день, 0)
• Стоимость всех машин (руб.), T = Количество необходимых машин x Стоимость одной машины
• Амортизация машины через год (Z) = Стоимость всех машин x [1 – Годовая амортизация (%)]
• Общая заработная плата операторов (Y) за 12 месяцев = Стоимость одного оператора в месяц x Количество операторов x 12
• Цена CM со всех машин (X) = Годовая себестоимость производства x Количество необходимых машин
• Общее потребление кВт·ч = кВт·ч Потребление электроэнергии за один день (8 часов) x 26 x 12 x Количество машин; 1 кВт·ч = 1 единица
• Общее потребление электроэнергии (Вт) = Общее количество единиц x 5 (цена одной единицы)
• Денежный приток (I) = X – Y
• Рентабельность инвестиций (ROI) за первый год = (XYW)/Z = I/Z
• Срок окупаемости = T/I