品質管理における高反射部品向けのAI画像処理

背景：検査が難しい表面と高い品質要求

EVVAでは、金属部品が複数の工程を経て製造され、厳格な品質基準を満たす必要があります。その対象には、ロッキングシリンダーやシリンダーコアのほか、アクセス制御技術向けの精密切削部品やめっき処理部品などが含まれます。0.1mm未満の傷やめっき不良といった機械的欠陥を検出する必要がありますが、これらは肉眼ではほとんど確認できない場合があります。

最大の課題は、高反射表面が光を反射するため、重要な特徴や欠陥が見えなくなる可能性がある点です。信頼性の高い評価を行うには、複数の視点からの観察が必要になることがよくあります。そのため、実際の現場では目視検査の品質を常に高いレベルで維持することが困難になります。そこで、欠陥を確実に検出し、作業者を支援しながら、生産プロセスに安定的に組み込めるソリューションが求められていました。

ソリューション：密閉型検査ボックス、最適化された照明、AI

これらの難易度の高い検査課題を確実に解決するため、Danube Dynamics社との協力によりAI搭載の検査システムが開発されました。このシステムは、400×300mmのユーロボックス内に配置された部品を一度に撮影し、表面欠陥を自動評価するとともに、再現性の高い品質管理を生産プロセスへ組み込みます。ボックス内には最大126個の部品を配置でき、それらを一度に検査できます。反射の影響下でも一定の検査条件を維持するため、専用照明を備えた密閉型検査ボックスが採用されています。個別制御可能な4本のRGBWライトバーにより、さまざまな色や照射角度を設定でき、異なる欠陥パターンを可視化します。照明、画像品質、AI評価を最適に組み合わせることが成功の鍵となりました。

画像取得には、IDSのモノクロ産業用カメラ「uEye U3-36P0XCP-M-GL Rev.1.2」が使用されています。このカメラはonsemi製の19.80 MPセンサーAR2020を搭載し、5136 × 3856ピクセルの5K UHD解像度を実現しており、極めて微細な表面ディテールの検査に適しています。アスペクト比4:3、1/1.8インチのローリングシャッターセンサーにより、ごく小さな欠陥も高精細に撮像できます。さらに、焦点距離8.5mmのIDS製レンズ（タイプ：20M11-C08528）が組み合わされています。

このカメラはユーロボックス全体を高解像度で撮影します。こうして取得された画像データにより、その後のAI処理で各部品に存在する微細な欠陥を検出できます。重要なのは画素数だけではなく、規定された照明条件下での高い再現性です。また、モノクロモデルは重要な表面特徴を高コントラストで表現できるという利点も備えています。

IDSの2Dカメラ製品責任者であるJürgen Hejnaは次のように述べています。 「特に高反射表面では、微細な差異を安定的かつ詳細に再現することが極めて重要です。このカメラの高いセンサー解像度と容易なシステム統合性は、産業用途における強固な基盤を提供します。」

システムへの組み込みやすさも、Danube Dynamics社にとって重要な選定要因でした。このカメラは標準インターフェースを介してシステム全体へ統合できます。その結果、開発工数を削減できるとともに、運用中も安定した検査結果を確保できます。

定量的に確認できる効果

このソリューションの有効性は、初回の実運用時から明確に示されました。AIは、熟練した検査員でも見逃しかねない異常を検出しました。中でも、検査時間の大幅な短縮によって導入効果を明確に数値化できました。

従来はユーロボックス1箱あたり30秒以上を要していた目視検査が、5秒未満に短縮されました。この仕組みでは、あらかじめ定義された4種類の照明条件を用い、各部品について4枚の画像を取得します。その後のAI推論処理は、シリンダー1個あたり約10ミリ秒で実行されます。

同時に、検査プロセス全体も完全にデジタル化されました。検査結果は体系的に記録され、統計的に分析されています。これまで記録されていなかった不良品や品質変動も、現在では透明性をもって追跡可能になっています。したがって、手作業による品質管理が置き換えられたのではなく、効果的に支援される形となっています。作業者の負担が軽減され、検査プロセスの再現性が向上し、品質管理が製造工程へ定量的に組み込まれるようになりました。

さらに重要な成果として、AIを自社で再学習できるようになった点が挙げられます。EVVAは新しい製品バリエーションや欠陥パターンを自社でシステムへ追加できます。これにより、ソリューションの将来性が高まるとともに、システムの基本構造を変更することなく、拡大する要求へ対応できるようになります。