مقاله طراحی سیستم خبره بر پایه پردازش تصویر به منظور کنترل کیفیت مفتولهای مسی

بخشی از مقاله

چکیده

در محیطهای صنعتی امروزی، کنترل کیفیت نقش کلیدی را ایفا میکند و هر زمان که لازم باشد اقدامات مناسبی به منظور تضمین اینکه محصولات و خدمات تولید شده از استانداردهای کیفی مطمئن برخورددار باشند را انجام میدهند. در این تحقیق به طراحی یک سیستم خبره به منظور کنترل کیفیت به طور خودکار پرداخته شده است. در این سیستم خبره ورودی، تصاویری از محصول تولیدی هست. برای این منظور از روشهای پردازش تصویر استفاده شده است.

در ابتدا چون ممکن است تصاویر دارای نویز باشند، پیش پردازش انجام شده و سپس با استفاده از یک سیستم فازی مورد پردازش قرار میگیرند. در این سیستم فازی با توجه به تصاویر قوانین خاصی نوشته میشود تا ویژگیهای خاصی را که مورد نیاز هست، استخراج کند. بعد از اینکه ویژگی مورد نیاز استخراج شد، با استفاده از نمودار چارت به دستهبندی محصول از لحاظ کیفیت پرداخته میشود. رویکرد پیشنهادی در مورد مفتولهای مسی مورد استفاده قرار گرفته است.

-1 مقدمه

از زمانی که انسان توانایی ساخت محصولی را پیدا کرد جهت کنترل کیفیت آن نیز به تلاش پرداخت. با شروع انقلاب صنعتی در اواسط قرن هجدهم، ماشینهای تولیدی کمکم جایگزین ابزار و مهارت فردی افراد هنرمند و صنعتگر گردید. با پیدایش روشهای جدید و پیچیده تولید، ا شتیاق به تولید بی شتر افزایش یافت و بدین ترتیب نیاز به کنترل کیف یت محصول ن هایی نیز اب عاد تازه ای پ یدا نمود. در محیطهای صنعتی امروزی، کنترل کیفیت آماری نقش کلیدی را ایفا میکند و هر زمان که لازم باشد اقداماتی به منظور تضمین اینکه محصولات و خدمات تولید شده از استانداردهای کیفی مطمئن برخورد دار باشند را انجام دهند. نمودار کنترل ابزاری برای ارائه تعریف دقیقی از معنای کنترل فرآیند آماری است. بیشترین کاربرد این نمودارها برای پایش و کنترل فرآیند در حین تولید میباشد.

فعالیتهای کنترل کیفیت انجام شده تاکنون مبتنی بر تخصص نیروی ان سانی بوده ا ست؛ که احتمال بروز ا شتباهات در فرآیند کنترل کیفیت را بالا می برد. در نتیجه لزوم ا ستفاده از یک سی ستم هو شمند که این خطاهای انسانی را تا حد ممکن کم کند، احساس میشود. ا ستفاده از تکنیکهای پردازش ت صویر در فرایند د ستهبندی و کنترل کیفیت نه تنها به کاهش زمان شناسایی کمک میکند، بلکه به هماهنگی د ستهبندی نیز کمک کرده و این باعث یکنواختی بی شتر در ارزیابی کیفیت میشود. از طرف دیگر علم پردازش تصویر، از علوم پرکاربرد و مفید در فنون مهندسی میباشد که تاکنون مطالعات و تحقیقات گسترده ای در این زمینه صورت گرفته و پیشرفتهای فراوانی نیز حا صل شده ا ست. در زمینه پردازش ت صویر و کنترل کیفیت می توان به تحقیقات زیر اشاره نمود:

دار لین [1] در تحقیقی با ا ستفاده از پردازش ت صویر و الگوریتمی خاصی به بررسی کیفیت دیودهای نوری پرداخته است. در این پژوهش به برر سی ب صری خودکار از لکههای سطحی و نواق صی که در سرا سر بافت پس زمینه های مختلف در ترا شههای تولید شده، پرداخته شده ا ست. برو سنان و همکارانش [2] در تحقیقی به برر سی کاربرد پردازش تصویر در کنترل کیفیت مواد غذایی پرداختهاند. رانجان و همکارانش [3] در پژوه شی به برر سی سطوح جو شکاری ا صطکاکی اغت شا شی با رویکرد پردازش تصویر پرداختند. هوسنسکی و همکارانش [4] در تحقیقی از پردازش ت صویر به منظور شنا سایی عیوب موجود در کا شی استفاده کردهاند.

رابینسون و همکارانش [5] از تکنیک پردازش تصویر و بینایی ماشین در کنترل شکل دندانه چرخ دنده استفاده کرده اند و علل برخی از خطاها را مورد تحلیل قرار دادهاند. اشمیت و همکارانش [6] به منظور شناسایی، تعداد و اندازهگیری ترکها و برآمدگی های سطح یک نوع آجر تولید شده، از پردازش تصویر استفاده و کیفیت آجرها را مورد بررسی قرار دادند. ماروس و همکارانش [7] برای بررسی عیوب نخ تولیدی از پردازش تصویر و نمودارهای کنترل کیفیت استفاده کردند.

در این تحقیق ارت فاع پرز های نخ در تصاویر به عنوان یک ویژگی استخراج شده و نمودار کیفیت نخ بر اساس آن رسم شده و عیوب آن از این طریق نمایش داده شده ا ست. زرین بال و همکارانش [8] از یک سیستم خبره پردازش تصویر فازی نوع 2 برای تشخیص آستروساتیوما1 در تصاویر MRI استفاده کردند. در واقع در این تحقیق، با توجه به کارهای انجام شده، سعی در استفاده از یک سیستم هوشمند هست که علاوه بر کنترل کیفیت همانند نیروی انسانی، دقت نیز افزایش یابد. ساختار مقاله در بخش 2، متدلوژی که شامل پردازش تصویر و کنترل کیفیت ا ست. پس از آن در بخش 3، رویکرد پی شنهادی در این تحقیق و در بخش 4، مورد مطالعاتی و نتایج حاصل از تحلیل مورد مطالعاتی است. در انتها در بخش 5 نتیجه و جمعبندی ارائه شده است.

-2 متدولوژی

1؛-2 پردازش تصویر

پردازش تصویر به روش دریافت یک تصویر به عنوان ورودی و اصلاح آن و سپس خروجی یک عدد اندازهگیری شده یا توصیفی از آن است. در این زمینه می توان به تحقیقات [10], [9] اشاره نمود. به طور کلی سه نوع پردازش میتوان در نظر گر فت : پردازش سطح پایین، سطح متو سط و سطح بالا. پردازش سطح پایین شامل پردازشهایی ا ست که باعث کاهش نویز ، بهبود کنترا ست و تیز کردن تصویر می شود. در این سطح هم ورودی و هم خروجی پردازش، تصویر ا ست.

پردازش سطح متو سط شامل قطعهبندی و ناحیهبندی ت صویر و اشیاء، استخراج پارامترهای اشیاء و دسته بندی و شناسایی اشیاء است. در این سطح معمولا ورودی تصویر است و خروجی پارامترهای استخراج شده از ت صویر ا ست. درنهایت سطح بالا شامل “ایجاد حس” با کمک ا شیاء شنا سایی شده و آنالیز ت صویر در سطح متو سط ا ست. در واقع دادن قدرت دیدن مثل انسان و تصمیم گیری کردن.[11] در این حوزه ممکن است در تصاویر عدم قطعیت وجود داشته باشد.[12]

سی ستمهای منطق فازی در پا سخ به ورودی ناقص، مبهم، تحریف شده و یا غیر دقیق، خروجی قابل قبول ولی مشخص تولید میکنند. بنیاد منطق فازی بر نظریه مجموعههای فازی استوار است. این نظریه تعمیمی از نظریه کلاسیک مجموعهها در علم ریاضیات است. در نظریه کلاسیک مجموعهها، یک عنصر، یا عضو مجموعه است یا نیست. در حقیقت عضویت عناصر از یک الگوی صفر و یک و باینری تبعیت میکند. اما نظریه مجموعههای فازی این مفهوم را بسط میدهد و ع ضویت درجهبندی شده را مطرح میکند. منطق فازی در زمینه های مختلفی از جمله ت شخیص الگو و بینایی ما شین کاربرد موفقی دارد. از منطق فازی میتوان در لبهیابی، بهبود تصویر، بخشبندی و کلاسبندی ت صاویر ا ستفاده نمود.[13] مهمترین دلایل برای پردازش ت صویر فازی عبارتند از:[11]

.1 تکنیک های فازی ابزار قدرتمند برای نمایش و پردازش دانش هستند.

.2 تکنیک های فازی مدیریت کارامدی بر ابهام و ایهام میتوانند داشته باشند. در بسیاری از کاربردهای پردازش تصویر، دانش فرد خبره برای غلبه بر مشکلات در تشخیص، تجزیه و تحلیل و غیره استفاده می شود. در واقع نظریه مجموعه فازی و منطق فازی ابزار قدرتمند برای نشان دادن و پردازش اطلاعات انسان در قالب قوانین فازی IF-THEN هستند.

2؛-2 نمودار کنترل

کنترل کیفیت آماری در دهه 1920 توسط والتر شوهارت از آزمایشگاههای بل تلفن آمریکا پایه گذاری گردید. وی در یادداشتی در 16 می 1924 اولین تصویر نمودارهای کنترل را ترسیم کرد و به بررسی بیشتر این روش در مطالعات بعدی خود پرداخت و نتیجه تحقیقات خود را در کتابی تحت عنوان - - کنترل اقتصاری کیفیت محصولات ساخته شده - - در سال 1931 منتشر ساخت.[14] دو همکار دیگر شوهارت به نامهای داج و رومیگ نیز کاربرد تئوری آمار را در نمونه گیری بررسی کردند و نتیجه کار آنان منجر به انتشار جداول معروف بازرسی داج-رومیگ در سال 1944 گردید. مجموعه کارهای شوهارت،داج و رومیگ اساس علمی را تشکیل می دهد که امروزه کنترل کیفیت آماری خوانده می شود.

در یک نمودار کنترل، یک م شخ صه کیفی که بر ا ساس اطلاعات نمونه، اندازهگیری یا محاسبه شده است برحسب شماره نمونه یا زمان نمایش داده میشود - شکل - . - - 1 در این نمودار دو حد بالا و پایین بهگونهای انتخاب میشوند که اگر فرآیند تحت کنترل باشد آنگاه تقرباًی کلیه نقاطی که بر اساس اطلاعات نمونه محاسبه شدهاند بین این حدود واقع شوند. تا زمانی که نقاط بین این حدود کنترل قرار میگیرند، فرض می شود که فرآیند تحت کنترل ا ست و نیازی به اقدام ا صلاحی نیست.

اگر نقطهای خارج از حدود کنترل رسم شود، آنگاه نتیجهگیری میشود که فرآیند در شرایط خارج از کنترل به سر میبرد اقدامات اصلاحی برای شناسایی منبع ایجاد انحراف یا انحرافات با دلیل و حذف آنها ضروری ا ستمعمولاً. مر سوم ا ست که نقاط ر سم شده بر روی نمودار کنترل بهوسیله خط راست به یکدیگر وصل شوند تا راحتتر بتوان توالی نقاط در طول زمان را مشاهده کرد.[15] حتی اگر کلیه نقاط در داخل حدود کنترل واقع شوند ولی داری یک روند غیر تصادفی یا نظاممند باشند آنگاه آن را میتوان به عنوان نشانهای از فرآیند خارج از کنترل در نظر گرفت.[15]

-3 رویکرد پیشنهادی

طراحی یک سیستم خبره برای کنترل کیفیت خودکار یک محصول شامل دو بخش است: بخش اول استراتژی برای طراحی و ساخت سیستم خبره و بخش دوم بکار بردن این استراتژی.[8]
بخش اول: ا ستراتژی برای ساخت یک سی ستم خبره، شامل گامهای زیر است:

•    ا ستخراج ویژگی از ت صاویر با ا ستفاده از تکنیکهای پردازش تصویر.

•    ترسیم کنترل چارت بر اساس ویژگیهای بدست آمده از تصاویر.

•    ایجاد قوانین براساس نظر خبرگان.

•    بررسی و استنتاج نتایج بدست آمده.

بخش دوم: برای بکارگیری استراتژی بالا، به چهار زیر گام - 1 تهیه تصاویر - 2 پیش پردازش - 3 استخراج ویژگی - 4 استدلال تقریبی که در شکل - 2 - ن شان داده شده نیاز ا ست. ت صویر و شماره نمونه به عنوان ورودی در نظر گرفته می شود. این چهار مرحله بر روی ت صاویر اعمال میشوند و شماره نمونه در مرحل آخر مورد استفاده قرار میگیرد.[13]