Masoniteは、米国フロリダ州タンパに本社を置く世界的な建築製品会社です。高品質な成形ドアスキンで世界をリードするMasoniteは、北米、南米、ヨーロッパ、アジア、アフリカの18カ国にある80以上の施設で事業を展開し、約1万人の従業員を擁しており、世界中のドア製造企業に製品を届けています。アイルランドのリートリム県キャリック・オン・シャノンにあるMasoniteの施設は、1億3800万ドルの投資によって建設され、同社において2番目に大きな施設となっています。この最先端の生産施設では、32カ国にドアスキンを出荷しています。
課題
アイルランドのリートリム県キャリック・オン・シャノンにあるMasoniteの施設では、様々なスキンを大量に生産しているため、生産ラインの最後にある正しい仕分けエリアに自動的に分類する必要があり、誤って分類されたスキンは、手動で再仕分けを行わなければなりません。しかしながら、手作業による再仕分けは非常に手間がかかる作業であり、表面材の破損やそれに伴う生産性の低下を招きます。
Masonite Irelandは当初、従来のドアスキンに特化した検査ビジョンシステムを活用していましたが、成形デザインの進化とドアスキン事業の拡大により、新しいビジョンテクノロジが必要となりました。既存のビジョンシステムソフトウェアには、可能なすべてのドアスキンのライブラリが含まれていましたが、新しいスキンの追加が容易ではなかったため、エンジニアリング担当者による特別なプログラミングが必要だったのです。そこでMasoniteは、近い将来に求められる要件を満たすビジョンシステムソリューションの導入に強い関心を持ち始めるようになりました。そのシステムには、高い正確性を持ち、使いやすく、運営担当者が短時間で学習させられること、そして生産で使用される膨大な数の成形ドア設計に対応できることが必要不可欠でした。
専門家の導入
継続的なプロセス改善への投資に注力するMasoniteは、工業用マシンビジョンメーカーであるAlpha Vision Design（AVD）に依頼し、Masonite Irelandのエンジニアリング担当者と協力して、インライン自動分類システムの構築を進めました。システムには、成形デザインと表面テクスチャに基づいてドアの向きを識別することが求められていました。通常2つのドアスキンが並んでプレスされますが、1つのドアスキン用金型からは様々なドアパターンの組み合わせが生まれます。何千通りもの金型の組み合わせが存在するため、仕分けシステムには、多様な金型の組み合わせと頻繁に行われる金型の変更に対応できる必要があったのです。
担当者は実稼働の開始時に、簡単な学習ウィザードを使用して、最初の一連のスキンをシステムに学習させます。その後、スキンは自動的に検査され、分類されます。次に、ビジョンシステムが生産ラインの制御システムと通信し、分類されたスキンを適切な仕分けエリアにルーティングします。
このプロジェクトでは、興味深い技術的課題が明らかになりました。ドア1枚分の長さ×ドア2枚分の幅という広い表面積のため、表面積全体に均一な照明を当てることが困難だったのです。Masoniteは以前、定められた検査エリア内のスキンを照らすために、標準的な大型の高周波蛍光灯を使用していました。しかしながら、面積が広い上に完全に平坦ではないドアスキンの物理的特性のため、その照明では、ビジョンシステム用の高品質な画像を提供することができませんでした。照明はあらゆるビジョンシステムにおいて非常に重要な要素であるため、この用途には照明の大幅な改善が必要であることが判明しました。
また、ベルトコンベヤからの直接の支持がない場合にスキンが垂れ下がる可能性があるため、システムには、ドアスキンの回転や弛み・反りに対処できる堅牢性もシステムも必要でした。これが起こった場合、ドアスキンのパターンプロファイルが歪んで見え、取得した画像内で引き伸ばしや圧縮が生じることがあります。相互相関手法に基づく従来の標準的なパターンマッチングツールでは、このような状況下では十分な性能を発揮できません。
ソリューション
世界的に見ても、マシンビジョンアプリケーションの大部分は二次元検査技術に基づいています。三次元検査は依然として比較的専門性が高いですが、技術が成熟し、より広く受け入れられるにつれて、新しい市場が出現し始めています。他にも多くの三次元技術がありますが、おそらくレーザー三角測量を使用した三次元検査は、三次元アプリケーションを導入する上で最も一般的なプラットフォームです。照明に使用されるレーザーは、経済的なソリューションを提供し、多くのサプライヤやメーカーから容易に入手できます。さらに、レーザーベースの三次元システムは、明確に定義されたプロファイルを持つ大きな非反射部品のスキャンに特に効果的なため、このビジョンアプリケーションに適していました。
このシステムは、ダイオードレーザーライン生成ツールとラインスキャン三次元画像取得カメラ（他の機器メーカーが供給）を使用して、成形ドアの面上のパターンの三次元データをキャプチャするように設計されています。レーザーライン生成ツールは、ドアスキンが検査コンベヤを流れていく際に、2枚分のドアスキンの幅全体に、目に見えるレーザーラインを生成します。その後、シャフトエンコーダを使用して三次元カメラがコンベヤ速度と同期され、ドアスキンの長さに沿って適切な解像度で三次元データをキャプチャします。三次元カメラは、スキンの幅に対して同様のピクセル解像度に設定されています。
こうしてキャプチャされた画像データを、カメラリンクインターフェースを介してPCのフレームグラバーに転送し、検査対象の2枚のドアスキンの2D高プロファイル画像（ビットマップ形式）を構築および作成します。画像は、コグネックスの強力なVisionPro−(*ソフトウェアを使用して処理されます。VisionProの特徴は、他に類を見ない画像キャプチャと処理に使いやすいフォーマットです。高度なPatMax®ツールは、このアプリケーションで遭遇したような低コントラストでも、独自の形状パターンマッチングを実行し、形状を分類する機能を提供します。
“スマート”な二次元ビジョンカメラとハロゲン照明は、必要な表面テクスチャ情報を提供するために使用され、デジタル入力信号を使用してビジョンシステムに統合されます。
Masonite Irelandのエンジニアが三次元および二次元ビジョンハードウェアの仕様、設計、設置、試運転を完了すると、システムは画像情報を抽出して処理するためのプログラムを開始できる状態になりました。また、Masoniteの要件に従って、AVDによってカスタムグラフィカルユーザインタフェース（GUI）が作成されました。インタフェースは、製造担当者が使いやすいよう、整理整頓に特化した設計となっており、製造施設で導入されている他のシステムと一致する色分けスキームが含まれています。
使いやすさの一環として、システムを使用するために必要な操作設定の数は最小限に抑えられました。つまり、技術担当者またはエンジニアリング担当者によるプログラミング/構成にしか使えないような、複雑すぎるエンジニアリングツールではなかったのです。納品されたシステムでは、運営担当者が新しいドアスキンを学習させるのに4分もかかりません。必要な操作といえば、ボックスを描画し、検出ツールを配置する程度です。
エンドユーザーの結果
「数多くの金型の組み合わせ、広い表面積、そしてドアスキンの比較的浅い成形深さを考慮すると、高品質で再現性のある画像をキャプチャし、ドアスキンの組み合わせを正確に分類するための適切なビジョンシステムを特定することは困難でした」
「このソリューションには革新的なアプローチが求められ、その結果、これまでは互換性のなかったハードウェアとソフトウェアの統合が実現しました。Alpha Vision Designがシステムインテグレータとして選ばれたのは、ビジョンシステムエンジニアリングという専門領域において、豊富な専門知識を持っていたからです。彼らは、カスタムインターフェイスソフトウェアを生成することで、ハードウェアとソフトウェアのギャップを埋めることに成功し、これによりアプリケーションは最先端のビジョンシステムに進化しました」
AVDとの提携により設計されたグラフィカルユーザインタフェース（GUI）は、非常に直感的に使用できることが証明されています。GUIは、運営担当者の専門知識がなくても、システムのパフォーマンスを一目で判断するために必要なすべての関連情報を提供します。エンジニアは、GUIのより高度なアクセスレベルの保護機能を使用して、システムをデバッグおよび保守することもできます。プロジェクトのこの側面が失敗すれば、プロジェクト全体の成功に悪影響を及ぼす可能性があったため、システムの使いやすさは極めて重要な要件でした。製造ライン担当者は、指示を受けて、必要な場合は新しいドアパターンの組み合わせをシステムに学習させるのですが、これも問題なく行えています」
「コグネックスVisionProソフトウェアの高度な機能は、プロジェクトの成功に大きく貢献しました。これにより、システムは当初のユーザーの要求仕様を超え、99.97%を超える仕分け精度を達成しました。つまり、10,000枚中たった3枚しか誤分類が発生していないのです。製品の手動による再仕分けは事実上なくなり、生産性が向上しましたし、運用担当者は製品に付加価値をもたらす業務に専念できるようになりました」
コグネックスVisionProソフトウェアの優れた性能とAVDのビジョンシステムの専門知識が組み合わることによって、最先端のビジョンシステムとなり、近い将来にMasonite Irelandでも同様のプロジェクトを導入する道が開かれました」
AVDについて
Alpha Vision Designは、製造における品質管理と自動化のための工業用マシンビジョンシステムのアプリケーションに特化しています。当社の幅広い専門知識には、システム統合、ソフトウェア開発、光学、点灯が含まれます。10年以上のビジョンシステムの設計とアプリケーション開発経験を持つアルファビジョンシステムは、多くの大手一流製造企業からの信頼を受けています。